اپتیک و کوانتوم

پردازنده‌های کوانتومی مبتنی بر آرایه‌های دوبعدی انبرک‌های نوری، که با استفاده از پرتوهای لیزر متمرکز ایجاد می‌شوند، یکی از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌ها برای توسعه محاسبات و شبیه‌سازی کوانتومی هستند که کاربردهای بسیار سودمندی را در آینده ممکن می‌سازد. طیف متنوعی از کاربردها از توسعه دارو گرفته تا بهینه‌سازی جریان ترافیک از این فناوری بهره مند خواهند شد.

این پردازنده‌ها تا به حال قادر به نگهداری چند صد سیستم کوانتومی تک اتمی بوده‌اند که به موجب آن هر اتم یک بیت کوانتومی یا کیوبیت را به عنوان واحد پایه اطلاعات کوانتومی نشان می‌دهد. برای پیشرفت بیشتر، لازم است تعداد کیوبیت‌ها در پردازنده‌ها افزایش یابد. این امر اکنون توسط تیمی به سرپرستی پروفسور گرهارد بیرکل از گروه تحقیقاتی اتم-فوتون- کوانتا در دپارتمان فیزیک در TU Darmstadt به دست آمده است.

در یک مقاله تحقیقاتی، که برای اولین بار در ابتدای اکتبر 2023 در سرور preprint arXiv ارسال شد و اکنون نیز پس از بررسی علمی در مجله Optica منتشر شده است، این تیم در مورد اولین آزمایش موفقیت‌آمیز جهان برای تحقق پردازش کوانتومی گزارش می‌دهد. معماری که شامل بیش از 1000 کیوبیت اتمی در یک صفحه است. بیرکل می‌گوید: «بسیار خوشحالیم که اولین کسی بودیم که مرز 1000 کیوبیت اتمی قابل کنترل جداگانه را شکستیم».

محققان توانستند در آزمایش‌های خود نشان دهند که رویکرد آنها در ترکیب آخرین روش‌های کوانتومی-اپتیکی با فناوری پیشرفته میکرواپتیکی، آنها را قادر می‌سازد تا محدودیت‌های فعلی تعداد قابل دسترس کیوبیت‌ها را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. این با معرفی روش جدید "سوپرشارژ بیت کوانتومی" به دست آمد. این به آنها اجازه داد تا بر محدودیت‌های اعمال شده بر روی تعداد کیوبیت‌های قابل استفاده توسط عملکرد محدود لیزرها غلبه کنند. در مجموع 1305 کیوبیت تک اتمی در یک آرایه کوانتومی با 3000 مکان تله بارگذاری شده و دوباره در ساختارهای هدف بدون نقص با حداکثر 441 کیوبیت مونتاژ شدند. با استفاده از چندین منبع لیزری به صورت موازی، این مفهوم مرزهای تکنولوژیکی را که تا کنون تقریبا غیرقابل تلقی می‌شد، شکسته است. برای بسیاری از کاربردهای مختلف، 1000 کیوبیت به عنوان مقدار آستانه‌ای در نظر گرفته می‌شود که از طریق آن افزایش کارایی وعده داده شده توسط کامپیوترهای کوانتومی اکنون برای اولین بار می‌تواند نشان داده شود. مطالعه بیرکل و همکارانش توضیح می‌دهد که چگونه افزایش بیشتر در تعداد منابع لیزر، اعداد کیوبیت 10000 و بیشتر را تنها در چند سال ممکن می‌سازد.

 (2024) .Lars Pause et al, Supercharged two-dimensional tweezer array with more than 1000 atomic qubits, Optica