انقلاب در دنیای رایانش کوانتومی: ذخیره‌سازی داده‌ها با ارتعاشات صوتی در تراشه‌هایی کوچک‌تر از ناخن انگشت

اطلاعات آنلاین به نقل از Science ـ درون تراشه‌ای که در ETH زوریخ توسعه یافته است، اطلاعات در ارتعاشاتی ذخیره می‌شوند که تا حدودی مانند نت‌هایی که از طریق گیتار طنین‌انداز می‌شوند، رفتار می‌کنند.

این حرکات قابل شنیدن نیستند. آنها در فرکانس‌های بسیار بالا در داخل تشدیدگرهای مکانیکی میکروسکوپی رخ می‌دهند؛ جایی که بسته‌های انرژی ارتعاشی به نام فونون‌ها اطلاعات کوانتومی را حمل می‌کنند. کل تراشه آزمایشی حدود ۷.۵ میلی‌متر طول، ۲.۵ میلی‌متر عرض و ۱ میلی‌متر ضخامت دارد که تقریباً به اندازه یک ناخن کوچک است.

فیزیک دانان ETH زوریخ به سرپرستی فیزیکدان کوانتومی،« ییون چو» از این تشدیدگرهای کوچک به عنوان یک حافظه کاری متصل به یک پردازنده کوانتومی ابررسانا استفاده کردند. این یک روش متفاوت را برای سازماندهی یک کامپیوتر کوانتومی نشان می‌دهد؛ روشی که بیشتر شبیه ساختار اساسی کامپیوترهای کلاسیک مورد استفاده امروزی است.

یوین چو می‌گوید: «تعامل بین پردازنده کوانتومی و حافظه کوانتومی، پایه و اساس مهمی را برای ایجاد رایانه‌های کوانتومی به عنوان روشی قدرتمند و قابل اعتماد برای انجام محاسباتی که با رایانه‌های معمولی امکان‌پذیر نیست، فراهم می‌کند.»

اکثر سیستم‌های کوانتومی، محاسبه را به طور واضح از حافظه جدا نمی‌کنند. پردازش و ذخیره‌سازی اطلاعات اغلب به طور تنگاتنگی در یک سخت‌افزار واحد ادغام می‌شوند که می‌تواند توسعه دستگاه را بدون اضافه کردن اجزای حجیم‌تر دشوار کند.

در عوض، تیم چو ایده‌ای آشنا را از محاسبات معمولی وام گرفت. در یک رایانه دیجیتال، یک واحد پردازش مرکزی (CPU) محاسبات را انجام می‌دهد در حالی که داده‌ها به طور موقت در حافظه دسترسی تصادفی (RAM) نگهداری می‌شوند. جداسازی این وظایف به پردازنده اجازه می‌دهد تا در صورت نیاز اطلاعات را بازیابی کند؛ نه اینکه هر بخش از سیستم را مجبور به انجام هر وظیفه‌ای کند.

معماری کوانتومی تجربی از اصل مشابهی پیروی می‌کند. یک کیوبیت ابررسانا به عنوان واحد پردازنده و کنترل عمل می‌کند؛ در حالی که تشدیدگرهای مکانیکی اطلاعات کوانتومی را در طول محاسبه نگه می‌دارند.

حافظه کوچک‌تر با ظرفیت بیشتر

تشدیدگرهای مکانیکی می‌توانند حالت‌های زیادی را در فضای بسیار کوچک‌تری جای دهند. هر حالت می‌تواند به عنوان یک مکان جداگانه برای ذخیره اطلاعات عمل کند و به یک جزء واحد امکان دسترسی به چندین مکان حافظه را می‌دهد، به جای اینکه برای هر مکان به یک دستگاه الکترومغناطیسی جداگانه نیاز باشد.

محققان اکنون به صورت تجربی نشان داده‌اند که این حالت‌های مکانیکی می‌توانند کاری بیش از حفظ غیرفعال اطلاعات کوانتومی انجام دهند. وقتی به یک کیوبیت ابررسانا متصل می‌شوند، می‌توانند در یک معماری قابل برنامه‌ریزی که قادر به انجام محاسبات کوانتومی است، شرکت کنند.

این مطالعه یک اثبات اصل ارائه می‌دهد، نه یک کامپیوتر تجاری تکمیل شده، اما نشان می‌دهد که حافظه مبتنی بر ارتعاش می‌تواند به عنوان یک منبع محاسباتی عملی عمل کند.