ساخت حافظه: رایانش کوانتمی به واقعیت نزدیک تر می شود

محققان دانشگاه سیدنی و کالجِ دارتموث راهی جدید برای طراحی حافظۀ کوانتمی پیدا کرده­اند و به این ترتیب، کامپیوترهای کوانتمی را یک گام به واقعیت نزدیک­تر ساخته­اند. نتایج این تحقیق در 19 ژوئن در نشریۀ نیچر کامینیکیشنز (Nature Communications) منتشر شده است.

رایانش کوانتمی ممکن است در عرصه­های کاربردیِ رمزگشایی، علوم مواد و فیزیک، با ایجاد راهی برای حل مشکلاتی که کامپیوترهای سنتی به آسانی از عهدۀ آن برنمی­آیند، پردازش اطلاعات را دچار انقلاب کند. اما هنوز برای مهندسی­کردن این ماشین­ها، من­جمله زیرسیستم­های حیاتی­ای چون حافظۀ کوانتمی، راهی یافته نشده است.

در روند تمایل جهانی برای ساخت کامپیوترهای کارآمد کوانتمی، دشواری اصلی عبارت است از حفظ مؤثرِ اطلاعات کوانتمی در حافظۀ کوانتمی. همان خصلت­های فیزیکی­ای که کامپیوترهای کوانتمی را به طور بالقوه قدرتمند می­کند، احتمال بروز خطا را نیز در آنان افزایش می­دهد. "زنده" نگه داشتن اطلاعات کوانتمی و در دسترس نگه ­داشتن آن برای کامپیوتر برای مدتی طولانی مشکلی مهم است.

نتایج حاصل از تحقیق گروه سیدنی دارتموث راهی را برای رسیدن به هدفی مهم به جامعۀ تحقیقاتی نشان می­دهد: ذخیرۀ اطلاعات کوانتمی با کیفیتی بالا به مدتی بسیار طولانی، در حد چندین ساعت. تا به امروز، ذخیرۀ کوانتمی تنها در حد چند ثانیه دوام داشته است.

دکتر مایکل جی. بیرکاک، مدیر آزمایشگاه کنترل کوانتمی در دانشکدۀ فیزیک دانشگاه سیدنی می­گوید: "رویکرد جدید به ما امکان آن را می­دهد که در عین حال هم میزان خطا را کاهش و هم زمان ذخیره را افزایش دهیم. اما کار ما به موضوع عملی و حیاتی دیگری نیز مرتبط است: ایجاد تأخیری مختصر در زمان دسترسی، که امکان استخراج اطلاعاتِ درخواستی را از مجموعه اطلاعات ذخیره­شده با فاصلۀ زمانی بسیار کوتاه فراهم می­سازد."

به گفتۀ پروفسور لورنزو وایولا، یکی از همکاران این پروژه که پیشگام نظریۀ کنترل کوانتمی است و هدایت تحقیق اطلاعات کوانتمی را در دارتموث به عهده دارد، روش جدید این گروهِ تحقیقاتی مبتنی بر تکنیک­های جبران خطا در سطح سخت­افزارِ حافظۀ کوانتمی است.

به گفتۀ بیرکاک، "هم­اکنون ما ‘پایدارافزاری’ ساخته­ایم که برای کنترل حافظۀ مفید کوانتمی مناسب است، اما نکتۀ اساسی این است که ما نشان داده­ایم با رویکرد مذکور، کاربران می­توانند مطمئن باشند که در صورت رعایت حدود، خطاها حتی بعد از گذشت مدت زمانی طولانی، از حدی مشخص فراتر نخواهند رفت. آن­گاه، شرایطی که برای عملکرد حافظه ایجاد کرده­ایم باعث می­شوند که مهندسان سیستم دریابند که چگونه می­توان حافظۀ کوانتمی کارآمد و مؤثری ساخت. در این روش، حتی از طیف وسیعی از نقایص تجربی واقعی نیز بهره­برداری شده است."