Warning: Declaration of tie_mega_menu_walker::start_el(&$output, $item, $depth, $args, $id = 0) should be compatible with Walker_Nav_Menu::start_el(&$output, $item, $depth = 0, $args = Array, $id = 0) in /home3/afgsaane/public_html/wp-content/themes/jarida/functions/theme-functions.php on line 1904
پیش به سوی پردازنده های کوانتومی
خانه / ویژه / پیش به سوی پردازنده های کوانتومی

پیش به سوی پردازنده های کوانتومی

پیش به سوی پردازشگرهای کوانتومی

یک تیم تحقیقاتی در MIT رشته‌ای از آشکارسازهای نوری ساخته است که به مقدار کافی برای ثبت ورود تک تک ذرات نور یا فوتون‌ها حساس هستند و روی یک چیپ نوری سیلیکن سوار شده‌اند. چنین رشته‌هایی بخش‌های حیاتی دستگاه‌هایی هستند که از فوتون‌ها برای انجام محاسبات کوانتومی استفاده می‌کنند.

آشکارسازهای تک فوتونی حال حاضر دقت بسیار کمی دارند، از هر 100 مورد روی یک چیپ که با استفاده از روش‌های استاندارد تولید ساخته شده‌اند تنها تعداد اندکی به درستی کارمی‌کنند. در مقاله‌ای که در Nature Communications منتشر شده بود، محققان MIT و سایر دانشگاه‌ها روندی برای ساخت و تست کردن آشکارسازهای قابل استفاده و سپس انتقال آن‌ها به یک چیپ نوری ساخته شده با روش‌های استاندارد تولید شرح داده‌اند. علاوه بر این که این رشته‌ها ضخیم‌تر و بزرگتر هستند، این روش حساسیت آشکارسازها را نیز افزایش می‌دهد. در آزمایشات، محققان دریافتند که آشکارسازهایشان در ثبت ورود تک فوتون‌ها تا 100 برابر دقیقتر از نمونه‌های گذشته بوده‌اند.

فراز نجفی (Faraz Najafi)، دانشجوی دوره ارشد مهندسی برق و کامپیوتر MIT و نویسنده اول مقاله جدید می‌گوید: «شما هر دو بخش – آشکارسازها و چیپ فوتونی – را در بهترین پروسه ساخت هرکدام که منحصر به فرد است می‌سازید و سپس آن‌ها را کنار هم می‌گذارید».

بر اساس مکانیک کوانتومی، ذرات کوچک فیزیکی علیرغم شهود ما قابلیت وجود در دو حالت متمایز در یک زمان را دارند. در نتیجه یک جزء محاسباتی که از چنین ذره‌ای ساخته شده باشد – مشهور به نام بیت کوانتومی یا کیوبیت – قادر به نمایش صفر و یک بصورت همزمان است. اگر چندین کیوبیت درهم بپیچند، به این معنی که حالت‌های هر یک به دیگری وابسته باشد، در این صورت انجام یک محاسبه کوانتومی همانند انجام چندین محاسبه به صورت موازی است.

نگه داشتن درهم پیچش برای بسیاری از ذرات مشکل است، اما برای فوتون‌ها نسبتا آسان است. به همین دلیل سیستم‌های نوری روش نویدبخشی برای محاسبات کوانتومی هستند. ولی هر کامپیوتر کوانتومی – برای مثال آن‌هایی که از یون‌های محصور با لیزر یا اتم‌های نیتروژن کارگذاشته شده در الماس به عنوان کیوبیت استفاده می‌کنند – هنوز از فوتون‌های درهم پیچیده برای انتقال اطلاعات کوانتومی به اطراف بهره می‌برند.

دیرک انگلند (Dirk Englund)، استاد مهندسی برق و کامپیوتر MIT و یکی از نویسنده‌های این مقاله جدید می‌گوید: «چون بالاخره کسی می‌خواهد یک چنین پردازنده نوری با استفاده از ده‌ها یا صدها کیوبیت نوری بسازد، این کار با استفاده از اجزاء نوری سنتی بسیار دشوار و بدقلق خواهد بود. نه تنها دشوار و بدقلق، بلکه حتی احتمالا غیر ممکن خواهد بود. چون اگر بخواهید آن را روی یک میز نوری بزرگ بسازید، حرکات تصادفی میز به سادگی منجر به ایجاد نویز روی این حالت‌های نوری می‌شود. از این رو تلاش‌هایی برای کوچک کردن این مدارهای نوری بر روی مدارات مجتمع فوتونی در حال انجام است.»

این پروژه یک همکاری بین گروه انگلند و گروه نانوساختار و نانوتولید کوانتومی بوده است که نجفی هم عضو آن بوده و کارل برگرن (Karl Berggren)، استادیار مهندسی برق و کامپیوتر MIT رهبری آن را به عهده داشته است. همکارانی از IBM و آزمایشگاه جت رانش ناسا نیز به محققین MIT پیوستند.

 

پروسه محققین با یک چیپ نوری سیلیکن ساخته شده با روش‌های متداول ساخت آغاز می‌شود. روی یک چیپ سیلیکنی دیگر، یک فیلم نازک و انعطاف‌پذیر از سیلیکن نیترید به عمل می‌آورند که روی آن نیبیوم نیترید ابررسانا به طوری که برای آشکارسازی فوتون مناسب است، ته نشین شده است و در هر دو سر این آشکارساز الکترودهای طلا قرار داده می‌شود.

سپس آنها به یک سر فیلم سیلیکن نیترید یک ذره پلی دی متیل سیلیکن که نوعی از سیلیکن است متصل می‌کنند. پس از آن یک پروب تنگستن را پرس می‌کنند که عموما برای اندازه‌گیری ولتاژ در چیپ‌های آزمایشی در مقابل سیلیکن استفاده می‌شود.

انگلند می‌گوید: «این تقریبا مثل گِل لاستیکی است، آن را پایین می‌گذارید و پهن می‌شود و مساحت سطح تماس زیادی ایجاد می‌کند، و وقتی که آن را به سرعت برمی‌دارید در این مساحت زیاد باقی می‌ماند. و سپس دوباره کوچک شده و به یک نقطه بازمی‌گردد. مثل این که سعی کنید با انگشتتان یک سکه را بردارید، اول آن را فشار می‌دهید و به سرعت آن را بلند می‌کنید و بعد از مدت زمان کوتاهی سکه خواهد افتاد».

با پروب تنگستن محققین فیلم را از زیرلایه آن جدا کرده به چیپ نوری متصل می‌کنند.

در رشته‌های قبلی، آشکارسازها تنها 0.2 درصد از یک تک فوتون که به سمت آن‌ها جهت داده شده بود را ثبت کردند. حتی آشکارسازهای سواربرچیپ که تک تک گذاشته شده‌اند به بالاترین میزان 2 درصد در طول تاریخ رسیدند. اما آشکارسازهای سوار بر چیپ‌های جدید محققین به میزان 20 درصد افزایش یافتند. هرچند هنوز راه زیادی تا 90 درصد لازم برای یک مدار کوانتومی عملی مانده است، اما این یک قدم بزرگ در راستای این مسیر است.

رابرت هندفیلد (Robert Handfield) استاد فوتونیک دانشگاه گلاسگو که در این پژوهش شرکت نداشته می‌گوید: «پتانسیل افزایش این مقدار به اندازه لازم برای مدارهای وسیعی که به صدها آشکارساز نیاز دارند با تکنولوژی اقتصادی برداشتن و گذاشتن وجود دارد».

 

منبع:

http://newsoffice.mit.edu/2015/quantum-computer-chips-0109

درباره عنایت الله جوادی

مهندسی برق مخابرات

دیدگاهتان را ثبت کنید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شدعلامتدارها لازمند *

*

theme
رفتن به بالا

Warning: Parameter 1 to W3_Plugin_TotalCache::ob_callback() expected to be a reference, value given in /home3/afgsaane/public_html/wp-includes/functions.php on line 3510