فیزیکدانان با یک آزمایش عجیب و خلاقانه، نمایشی مینیاتوری ساخته اند که می تواند آینده رایانه های کوانتومی را تغییر دهد.

به گزارش فارس به نقل از اینترستینگ اینجینیرینگ، دانشمندان کوچک ترین ویدئوی گربه جهان ساخته اند که گامی بزرگ در پیشرفت رایانش کوانتومی به شمار می آید. این ویدئو با استفاده از تنها 2.024 اتم روبیدیوم ساخته شده و در واقع بازآفرینی تصویری از آزمایش فکری معروف گربه شرودینگر است.

این آزمایش فکری که نخستین بار در سال (1308 شمسی) توسط فیزیکدان اتریشی اروین شرودینگر مطرح شد، نشان می دهد یک جسم می تواند همزمان در چند حالت مختلف وجود داشته باشد؛ برای نمونه، گربه ای درون جعبه تا زمانی که جعبه باز نشود، هم زنده و هم مرده است. حالا پژوهشگران دانشگاه علوم و فناوری چین در شانگهای، این ایده انتزاعی را با حرکت اتم ها به شکلی زنده نشان داده اند.

در این ویدئو، هر نقطه زرد نشان دهنده یک اتم روبیدیوم است که در یک آرایه به عرض 230 میکرون جابه جا می شود. این اتم ها هنگامی که توسط لیزر تحریک می شوند، نور از خود ساطع می کنند و محققان می توانند جایگاه دقیق آن ها را ردیابی کنند. برای ساخت ویدئو، دانشمندان از الگوریتم های یادگیری ماشینی و ابزاری به نام انبرک نوری استفاده کرده اند. این انبرک ها در حقیقت پرتوهای لیزری متمرکز هستند که مانند جرثقیل های میکروسکوپی عمل کرده و امکان جابه جایی دقیق تک تک اتم ها را فراهم می کنند. مدل هوش مصنوعی همزمان محاسبات لازم را انجام می دهد تا بهترین موقعیت لیزرها مشخص شود و تمام اتم ها در جای درست خود قرار گیرند.

بر اساس گزارش منتشر شده، محققان روشی ابداع کرده اند که با استفاده از هوش مصنوعی می تواند اتم ها را به صورت هم زمان و در کسری از ثانیه جابه جا کند. کل فرآیند بازآرایی 2.024 اتم تنها 60 میلی ثانیه زمان می برد؛ در حالی که پیش تر این کار باید به صورت تک به تک انجام می شد و بسیار زمان بر بود. برای اینکه حرکت اتم ها برای چشم انسان قابل مشاهده باشد، محققان سرعت آن را 33 برابر کندتر کرده اند تا شبیه یک ویدئوی واقعی دیده شود.

این دستاورد به یک گام اساسی در حل مشکل مقیاس پذیری در رایانش کوانتومی تبدیل شده است. تا پیش از این، کندی فرآیند جابه جایی اتم ها مانع بزرگی برای ساخت رایانه های کوانتومی در مقیاس وسیع بود. اما حالا با این روش جدید، تعداد اتم ها را می توان بدون افزایش زمان پردازش، چندین برابر کرد. دقت این سیستم نیز چشمگیر بوده است: 99٫97 درصد در عملیات تک-کیوبیتی، 99٫5 درصد در عملیات دو-کیوبیتی و 99٫92 درصد در شناسایی حالت کیوبیت ها.

اهمیت این پژوهش فراتر از یک نمایش علمی ساده است. رایانه های کوانتومی برخلاف رایانه های کلاسیک که از بیت (0 و 1) استفاده می کنند، بر پایه کیوبیت ها کار می کنند؛ ذراتی که می توانند همزمان در چند حالت باشند. با این حال، کیوبیت ها بسیار شکننده هستند و کوچک ترین خطا می تواند عملکرد سیستم را مختل کند. پژوهشگران چینی تأکید کرده اند که پروتکل جدید می تواند بستر مناسبی برای ساخت آرایه های بدون نقص متشکل از ده ها هزار اتم باشد.

به گفته تیم تحقیقاتی، این دستاورد می تواند به جعبه ابزاری حیاتی برای تصحیح خطای کوانتومی تبدیل شود؛ ابزاری که یکی از کلیدهای اصلی تحقق رایانه های کوانتومی قدرتمند است. این فناوری می تواند نسل آینده رایانه های کوانتومی را به واقعیت نزدیک تر کند؛ رایانه هایی که توانایی حل برخی مسائل پیچیده را بسیار سریع تر از رایانه های معمولی خواهند داشت. این پژوهش در تاریخ 29 مرداد 1404 منتشر شده است و توجه زیادی در محافل علمی جهان به خود جلب کرده است.