دانشمندان دانشگاه دولتی مسکو و همکارانشان یک رویکرد امیدوارکننده برای ایجاد یک رابط کوانتومی برای انتقال داده ها بر اساس ساختارهای ابررسانا که در حالت کیوبیت کار می کنند - عناصر اساسی یک کامپیوتر کوانتومی - پیشنهاد کرده اند. ساختارهای ابررسانا قادر به کار در دو حالت هستند: ثابت (هنگام ذخیره و پردازش اطلاعات) و در حالت کیوبیت های به اصطلاح "پرواز" که داده ها را در امتداد یک زنجیره منتقل می کنند. نویسندگان یک سیستم کنترل برای چنین کیوبیت هایی را با استفاده از پالس های شار مغناطیسی شبیه سازی کردند که از از دست دادن اطلاعات در هنگام انتقال بین عناصر جلوگیری می کرد. این رویکرد راه را برای ایجاد پردازنده های کوانتومی فشرده و کم مصرف برای ارتباطات کوانتومی، هوش مصنوعی و محاسبات پیچیده ای که از نظر فنی برای رایانه های معمولی غیرقابل دسترسی هستند، هموار می کند. نتایج این مطالعه که با کمک مالی بنیاد علوم روسیه (RSF) پشتیبانی می شود، در مجله Chaos، Solitons and Fractals منتشر شده است.
کامپیوترهای کوانتومی امکان حل مشکلاتی را فراهم می کنند که حتی برای قدرتمندترین ابررایانه های کلاسیک غیرقابل دسترسی هستند، از مدل سازی مولکول های پیچیده گرفته تا بهینه سازی سیستم های لجستیک در مقیاس بزرگ. با این حال ، محدودیت اصلی آنها مشکل ارتباطات کوانتومی است: کیوبیت ها به تأثیرات خارجی بسیار حساس هستند و به راحتی خواص خود را از دست می دهند (به ویژه ، توانایی قرار گرفتن همزمان در دو حالت ، به طور مشروط "0" و "1").
امروزه از تشدید کننده های ابررسانای مایکروویو برای انتقال اطلاعات کوانتومی استفاده می شود، ساختارهایی که به کیوبیت ها کمک می کنند تا با استفاده از امواج الکترومغناطیسی ارتباط برقرار کنند. چنین سیستم هایی از نظر فنی کاملا پیچیده هستند و نمی توان آنها را کوچک کرد. علاوه بر این، با افزایش تعداد کیوبیت ها در سیستم، تداخل رخ می دهد - شرایطی که سیگنال های تشدید کننده های همسایه روی یکدیگر قرار می گیرند و اطلاعات منتقل شده را تحریف می کنند. این منجر به خطا در عملیات کوانتومی می شود و نیاز به پیکربندی پیچیده فردی هر عنصر دارد که سیستم را تقریبا غیرقابل مقیاس می کند. بنابراین، دانشمندان به دنبال فناوری های دیگری برای کنترل کیوبیت ها و انتقال حالت های کوانتومی هستند.
محققان دانشگاه ایالتی لومونوسوف مسکو و دانشگاه ایالتی لوباچفسکی نیژنی نووگورود یک سیستم ترکیبی مبتنی بر عناصر ابررسانا - پارامترهای کوانتومی آدیاباتیک - را برای کنترل حالت های کوانتومی مدل سازی کرده اند. سیستم سلول آدیاباتیک (پارامتر) وسیله ای است که جریان در هنگام تأثیر یک میدان مغناطیسی خارجی از طریق آن جریان می یابد. هنگامی که تا دمای برودتی (نزدیک به صفر مطلق) خنک می شود، سیستم در حالت کوانتومی کار می کند. در این حالت، جریان می تواند به طور پیوسته در جهت عقربه های ساعت (حالت کوانتومی شرطی "0") یا خلاف جهت عقربه های ساعت (حالت کوانتومی "1") گردش کند. علاوه بر این ، هر عنصر سیستم (پارامتر) می تواند همزمان در برهم نهی هر دو حالت قرار گیرد ، که به آنها اجازه می دهد به عنوان کیوبیت استفاده شوند. این حالت های ساکن می توانند برای مدت طولانی باقی بمانند و بنابراین می توان از آنها برای ذخیره اطلاعات کوانتومی استفاده کرد.
با این حال ، عناصر سیستم نه تنها قادر به ذخیره ، بلکه انتقال اطلاعات نیز هستند. در این حالت ، پارامتر کوانتومی آدیاباتیک از حالت ساکن با جریان مداوم در حال جریان به حالت کیوبیت به اصطلاح "پرواز" که داده ها را منتقل می کند ، تغییر می کند. این به این دلیل است که به جای جریان استاتیک (مستقیم) بین عناصر ، یک موج سوئیچینگ دینامیکی رخ می دهد که به طور متوالی در امتداد زنجیره منتشر می شود. هر یک از این سوئیچها منجر به تغییر هماهنگ در جهت جریان در عناصر همسایه می شود - از "0" به "1" یا بالعکس. در نتیجه، کل سیستم را می توان با یک دومینوی در حال سقوط مقایسه کرد - هر تراشه بعدی حالت تراشه قبلی را هنگام سقوط "تکرار" می کند. در عین حال، ضربه ای که در امتداد چنین زنجیره ای منتقل می شود، شکل و انرژی خود را حفظ می کند که باعث می شود انتقال اطلاعات در برابر تداخل مقاوم باشد.
مزیت کلیدی این رویکرد این است که تنها یک فرآیند فیزیکی - گردش یک جریان ابررسانا تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی - هم ذخیره سازی ثابت و هم انتقال حالت های کوانتومی را فراهم می کند. انتقال بین حالت ها از طریق کنترل دقیق میدان مغناطیسی خارجی انجام می شود. در عین حال، پارامترهای کوانتومی آدیاباتیک دارای مقدار ده ها یا صدها میکرومتر هستند که آنها را کوچکتر از تشدید کننده های مایکروویو استاندارد می کند که اندازه آنها از صدها میکرومتر تا میلی متر متغیر است.
"سیستم کم مصرف و جمع و جور توسعه یافته با کیوبیت های "پرواز" انتقال به استفاده عملی از فناوری های کوانتومی را تسریع می کند. این به کاهش هزینه و ساده سازی مقیاس بندی سیستم های محاسباتی کمک می کند، که راه را برای راه حل های فشرده برای انتقال و پردازش اطلاعات کوانتومی هموار می کند. علاوه بر این، نتایج این مطالعه می تواند در ایجاد سیستم های محاسباتی و مخابراتی ترکیبی کوانتومی-نورومورفیک مفید باشد، جایی که از قدرت هر دو رویکرد نورومورفیک (مبتنی بر شبکه های عصبی) و کوانتومی برای پردازش اطلاعات برای محاسبات استفاده می شود.» مارینا باستراکوا، رئیس پروژه پشتیبانی شده توسط کمک هزینه RSF، دانشیار، رئیس آزمایشگاه در دانشگاه ایالتی لوباچفسکی نیژنی نووگورود می گوید.
