اشعه های کیهانی می توانند رایانه های کوانتومی را بی ثبات نمایند - صبح مهریز

گفته می گردد رایانش کوانتومی می تواند با سرعت بالا با مسائل پیچیده مقابله کند. آنچه این امر را ممکن می نماید، روش بهره برداری از کیوبیت ها - معمولاً ذرات زیراتمی مانند الکترون ها - است که از خصوصیات کوانتومی برای نشان دادن ترکیبات متعدد فراتر از 0 یا 1 بیت معمولی استفاده می نمایند. وقتی جفت کیوبیت ها درگیر می شوند، می توانند شرایط یکدیگر را با روش های قابل پیش بینی حتی در فواصل بسیار طولانی تغییر دهند و قدرت پردازش را بیش از پیش افزایش دهند. اما همه اینها هزینه دارد. کیوبیت ها حتی به کوچکترین آشفتگی نیز بسیار حساس هستند و در فرآیندی به نام انسجام زدایی به سرعت خراب شده و از بین می فرایند.

به گزارش خبرنگاران به نقل از ایتنا، یافته های جدید نشان می دهند که تابش کیهانی یکی از دلایل این انسجام زدایی است و می تواند بسیار مشکل آفرین باشد.

این مطالعهٔ جدید بر اساس نوعی رایانش کوانتومی اجرا شده که به وسیله جفت های باردار الکترون و از مواد ابررسانا برای فراوری کیوبیت استفاده می نماید. یافته ها نشان می دهد که تابش طبیعی فراوری شده توسط مواد عادی در اطراف ما مانند سازه های بتنی، کافی است تا عمر مفید این نوع حالت کیوبیت را فقط به چند میلی ثانیه محدود کند و کاربرد عملی رایانه کوانتومی را کمرنگ نماید. از سوی دیگر، تابش فراوری شده توسط پرتوهای کیهانی اثر بیشتری خواهند داشت.

البته این یک مشکل است زیرا اساساً بر روی هر سامانه ای که با سرب احاطه نشده باشد یا در زیر زمین ذخیره نشده باشد، تأثیر می گذارد. هر مکانی که در معرض پرتوهای کیهانی قرار بگیرد مکانی ضعیف برای اجرای این نوع فرایندها خواهد بود.

برنت ون دوندر (همیار این پژوهش از آزمایشگاه ملی در واشنگتن) می گوید: هر رایانه کوانتومی مبتنی بر فناوری کیوبیت ابررسانا، باید صریحاً با اثرات تابش مقابله کند.

آسیب تابش، به وسیله رسوب انرژی در کیوبیت ها صورت می گیرد. برای تجزیه جفت الکترون در ابررسانا انرژی بسیار کمی ضروری است و این جفتها به الکترونهای آزاد تجزیه می شوند و به طور بالقوه منجر به تبادل انرژی ای می گردد که می تواند حالت ظریف ابررسانا را از بین ببرد. این امر باعث می گردد که کیوبیت ها حالت کوانتومی خود را از دست داده و از بین بفرایند و به خاتمه یافتن هرگونه رایانش کوانتومی واقعی منجر شوند.

این گروه پژوهشی در ام آی تی کیوبیت های ابررسانا را در معرض تابش مس قرار دادند و دریافتند که کیوبیت هایی که فقط در معرض تابش طبیعی قرار دارند، حدود چهار میلی ثانیه پایدار هستند. این در واقع بیش از آن چیزی است که ما اکنون در آزمون های رایانش کوانتومی می بینیم (نزدیک به 0.1 میلی ثانیه ثبات)، اما حتی چند میلی ثانیه نیز برای کاربردهای عملی رایانش کوانتومی بسیار کوتاه است. این مطالعه تأکید می نماید که حتی اگر بتوانیم سایر دلایل تجزیه، نظیر ارتعاشات فیزیکی یا تغییرات دما را از بین ببریم، بازهم تابش، رایانش کوانتومی را با دشواری روبه رو خواهد نمود.

با توجه به پایین بودن میزان تابش پرتوهای کیهانی در بیشتر نقاط سطح کره زمین، بهترین روش ها برای کاهش تداخل تابش شاید آسان ترین روش هم باشد: محافظت از دستگاه های کیوبیت در برابر تابش (با استفاده از موادی مانند سرب)، یا ساخت آنها در زیر زمین. او بر این باور است که احتمالاً در مکان های زیر زمین و نه چندان ژرف، حالتی ایده آل وجود دارد که سبب محافظت متوسط بگردد. به گفته او: اگر در حال ساخت رایانهٔ کوانتومی هستید، آن را در زیر زمین قرار دهید. مهندسان آینده هم ممکن است به دنبال ایجاد کیوبیت هایی باشند که به نوعی حساسیت کمتری نسبت به به پرتو داشته باشند.

باید گفت اگرچه این یافته خبر خوبی برای رایانش کوانتومی نیست، اما جنبه مثبتی هم در این پژوهش به چشم می خورد. آقای ون دوندر می گوید: به نظر می رسد کیوبیت ها یا موارد مشابه آنها ردیاب های خارق العاده ای برای تابش هستند. این امید وجود دارد که حساسیت در جست وجوی ماده تاریک، یا حتی آزمایش هایی که نشان دهندهٔ نقایص مدل استاندارد فیزیک ذرات هستند، بهبود یابند.