عکس | حل سخت ترین سئوال های حل نشده عالم به وسیله این شبیه ساز!

پریسا عباسی- این شبیه‌سازهای کوانتومی از فلز نیمه هادی هیبریدی در یک مدار نانو الکتریکی ساخته شده‌اند.

حتی پرسرعت‌ترین کامپیوترهای دیجیتال نمی‌توانند بعضی از مشکلات پیچیده نظیر کشف مواد نیمه رسانا در دمای محیط را حل کنند. اما این شبیه‌سازهای کوانتومی آنالوگ قادر به انجام این کار هستند.

ما در عصر دیجیتال زندگی می‌کنیم. دوران کامپیوترهای بزرگی که به اندازه یک اتاق بودند و از هزاران لوله یا چرخ دنده مکانیکی ساخته شده بودند، گذشته و این کامپیوترها به تاریخ پیوسته‌اند. اما در دنیای محاسبات کوانتومی، سیستم‌های آنالوگ جایگاه خود را حفظ کرده‌اند. در واقع سیستم‌های آنالوگ یکی از سه دسته کامپیوترهای اصلی استفاده شده در علم کوانتوم هستند و برخی از بزرگ‌ترین شرکت‌های جهان، شروع به ساخت خلاقانه این کامپیوترهای آنالوگ کرده‌اند.

محققان دانشگاه استنفورد و کالج دانشگاه دوبلین(UCD) با ساخت کامپیوترهای کوانتومی سفارشی، با اجزای کوانتومی، که برای حل سوالات خاص طراحی شده‌اند، رویکرد جدیدی را ایجاد کرده‌اند. این کامپیوترها، ماشین‌هایی شبیه آنچه که چارلز بابیج در قرن ۱۹ میلادی ساخت و به اندازه یک اتاق بود نیستند. در عوض آنها از فلزهای نیمه هادی هیبریدی در مدارهای نانو الکترونیکی ساخته شده‌اند. اساسا این کامپیوترها بر اساس میکرون(و نه متر!) اندازه‌گیری می‌شوند و به آنها «شبیه‌سازهای کوانتومی» گفته می‌شود.

گلدهابر گوردون، محقق دانشگاه استنفورد، در بیانیه‌ای گفت: «ما همیشه در حال ساخت مدل‌های ریاضی هستیم و امیدواریم که آنها بتوانند ماهیت پدیده‌هایی را که به آنها علاقه‌مند هستیم را به تصویر بکشند. اما حتی اگر باور داشته باشیم که آنها درست هستند، در مدت زمان مناسب و منطقی قابل حل نخواهند بود. با در اختیار داشتن شبیه‌سازهای کوانتومی، اکنون توانایی‌ انجام کارهایی را داریم که قبلا کسی قادر به انجام آن نبوده است. »

به گفته گلدهابر گوردون، این دستگاه‌های آنالوگ، با خلق «شبیه‌سازی سخت‌افزاری» به حل مسائل در فیزیک کوانتوم کمک می‌کنند. برای آزمایش این شبیه ساز، محققان از یک مدار ساده در کنار دو جزء کوانتومی استفاده کردند. دانشمندان با تنظیم ولتاژ، حالتی از ماده به نام « Z3 parafermions » را ایجاد کردند که در آن الکترون‌ها فقط یک سوم بار معمول خود را دارند. این اولین باری بود که در آزمایشگاه، چنین حالتی در یک دستگاه الکترونیکی ایجاد می‌شد. هدف کلی این است که از این شبیه‌ساز برای حل سوالات پیچیده‌تر در محاسبات کوانتومی استفاده کنیم.

اندرو میشل، مدیر مرکز مهندسی، علم و فناوری UCD که در سال ۲۰۲۱ تاسیس شده است، در بیانیه‌ای گفت:«حل بعضی از مشکلات حتی برای پرسرعت‌ترین کامپیوترهای کلاسیک، بسیار پیچیده هستند. یک مثال بسیار مهم، شبیه سازی دقیق مواد کوانتومی پیچیده نظیر ابررساناها با دمای بالا هستند.»

در حال حاضر مواد ابر رسانا، یعنی موادی که نیروی قطارهای پر سرعت و دستگاه‌های ام.آر.آی را تامین می‌کنند، فقط در دماهای پایین کار می‌کنند. استفاده از شبیه‌سازهای کوانتومی برای کشف ابررساناهای متناسب با دمای محیط می‌تواند در بکارگیری گسترده‌تر این فناوری، نقش مهمی ایفا کند. این تنها یکی از سوالاتی است که نسل بعدی این شبیه‌سازهای کوانتومی می‌توانند در حل آن، به ما کمک کنند.

منبع: popularmechanics