کوی دانش - kooy

شبیه ساز ابرکوانتومی، صدها یون را «در هم می تند»

شبیه ساز ابرکوانتومی، صدها یون را «در هم می تند»
24 خرداد
10:15 1395
فیزیکدان های موسسه استاندارد و فناوری NIST اقدام به "درهم تنیدن" و یا متصل کردن خصوصیات 219 یون بریلیوم (اتم های باردار) به هم نموده و شبیه سازی کوانتومی را خلق کرده اند. هدف از ساختن این شبیه ساز، مدلسازی و تقلید از پدیده فیزیکی پیچیده درهم تنیدگی می باشد به صورتی که انجام این مدلسازی و یا تقلید حتی با استفاده از ماشین آلات پیشرفته و ابرکامپیوترها هم ممکن نیست. از همین دست تکتیک ها می توان برای ارتقای ساعت های اتمی هم استفاده کرد.

سیستم جدید NIST می تواند درهم تنیدگی کوانتومی را در حدود ده برابر یون هایی ایجاد کند که طی شبیه سازهای قبلیِ «یون محور» امکان پذیر بود، در واقع شبیه سازی در این درجه بندی برای  کاربردهای عملی ضروری می باشد. رفتار یون های درهم تنیده شده ای که در بلور مسطحی با قطر صرفاً 1 میلی متر می چرخند را می توان تا حد زیادی نسبت به قبل متناسب سازی و یا کنترل هم نمود.
جدیدترین شبیه ساز مزبور که طی مقاله ای به تاریخ 10 ژوئن 2016 در ژورنال Science توصیف شده است در واقع نسخه بهبود یافته ای است که همین گروه تحقیقی سال 2012 عرضه داشته بودند و در آن بیشتر خطاها و بی ثباتی های سسیستم نخستین که بالقوه ممکن است اثرات ظریف کوانتومی را از بین ببرد، حذف شده است.
 به گفته جاستین بونت محقق فوق دکتری در NIST: "در شبیه ساز جدید شواهد غیرقابل انکار و آشکاری از درهم تنیدگی یون ها وجود دارد. درهم تنیدگی در این نمونه منبع مفیدی است برای مقاصد دیگر همانند شبیه سازی کوانتومی و یا تقویت اندازه گیری در ساعت های اتمی."
در شبیه ساز کوانتومی NIST، یون ها همانند ذرات کوانتومی (کیوبیت ها) رفتار کرده و به ذخیره سازی اطلاعات می پردازند. یون های گیر افتاده ذاتاً برای مطالعه پدیده های فیزیک کوانتومی همانند آهن ربایی مناسب هستند.  
شبیه ساز کوانتومی می تواند برای مطالعه مسئله هایی همانند نحوه شروع جهان، نحوه مهندسی فناوری های منحصر به فرد (همانند ابررساناهای درجه حرارت اتاق و یا موتورهای حرارتی در مقیاس اتمی) و یا تسریع توسعه کامپیوترهای کوانتومی مؤثر باشد. بنا به تعریفی که از آن در میان محققان استفاده می شود، شبیه سازهای کوانتومی برای مدلسازی روندهای کوانتومی خاصی طراحی می شوند، درحالیکه کامپیوترهای کوانتومی در سطح جهان برای هر نوع محاسبه ای استفاده می شوند. 
شبیه سازهای کوانتومی با وجود داشتنِ صدها کیوبیت از مواد دیگری همانند اتم ها و مولکول های خنثی هم ساخته شده اند. اما یون های گرفتار شده، مزیت های منحصر بفردی همانند آمادگی قابل اطمینان و تعیین وضعیت های کوانتومی، وضعیت دوام طولانی مدت و کوپلینگ های قدرتمند مابین کیوبیت ها را در فواصل مختلف در اختیار قرار می دهند. 
تیم NIST افزون بر اثباتِ درهم تنیدگی، قابلیت ساختن کریستال های یونی درهم تنیده در اندازه های مختلف را هم توسعه داده اند، به نحوی که اندازه کریستال های مزبور می تواند از 20 کیوبیت الی صدها کیوبیت متفاوت باشد. 
افزایش هرچند ناچیز در شمار ذرات باعث می شود تا شبیه سازی ها از نظر برنامه ریزی و اجرایی شدن بسیار پیچیده تر شوند. تیم NIST مخصوصاً به مدلسازی سیستم های کوانتومی با اندازه هایی فراتر از قدرت پردازش کلاسیک کامپیوترهای معمول هم علاقمند می باشند. 
بونت ادامه می دهد: "بعد از رسیدن تعداد ذرات به 30 الی 40 عدد برخی شبیه سازی ها مشکل می شود. در واقع شمار ذرات  که به اعداد یاد شده می رسند، بیشتر شبیه سازی های کلاسیک دیگر جواب نمی دهند. ما بررسی کردیم تا اطمینان حاصل کنیم که شبیه ساز ابداعی مان با تعداد یون پایین هم جواب بدهد، سپس برای انجام دادن شبیه سازی هایی که انواع کلاسیک را به چالش بکشد به هدف گیری نقاط لازم پرداختیم. افزون بر این با «ارتقاء کنترل» می توانیم سیستمی را که می خواهیم شبیه ساز در موردش اطلاعات بدهد را به خوبی تقلید نماییم. 
کریستال های یونی داخل تله Penning نگاه داشته می شوند که ذرات باردار را با استفاده از آهن ربا و میدان های الکتریکی محدود نگاه می دارد. یون ها به صورت طبیعی الگوهای مثلثی را شکل می دهند که برای مطالعه انواع خاص مغناطیسم مناسب است. NIST تنها لابراتوار جهان است که آرایه های دوبعدی از بیش از 100 یون را تولید می کند. بر اساس تجربیات آزمایش سال 2012، محققان NIST اقدام به طراحی و پیاده سازیِ تله جدیدی برای تولید تعاملات سریع تر و قدرتمندتر بین یون ها نمودند. قدرت تعامل برای تمام یون های موجود در کریستال یکسان است صرف نظر از فاصله ای که با هم دارند. 
محققان از لیزرهایی با موقعیت ارتقا یافته و کنترل شدت و نیز میدان های مغناطیسی باثبات تر استفاده نموده و دینامیک های خاصی را در "چرخش" الکترون های یون ها مهندسی نمودند. یون ها می توانند چرخش بالا (که اغلب به صورت یک پیکان در حال اشاره به بالا ترسیم می شود)، چرخش پایین و یا هر دو حرکت را همزمان داشته باشند، حالت کوانتومی که به نام ابر موقعیت نامیده می شود. در جریان آزمایش ها، همه یون ها ابتدا در ابرموقعیت های مستقلی قرار دارند اما با همدیگر ارتباط ندارند. به موازات تعامل یون ها با  همدیگر، چرخش هایشان به صورت تجمیعی در قالب حالت به هم تنیده ای قرار میگیرد که بیشتر یا تمام کریستال را شامل می شود. 
محققان وضعیت چرخشی را بر اساس میزان فلورسانس یون ها و یا پراکنده ساختن نور لیزر توسط آنها تعیین نمودند. بعد از اندازه گیری، یون های درهم تنیده نشده از ابرموقعیت خود به وضعیت چرخش ساده سقوط کرده،  نویز و یا نوسانات تصادفی را در نتایج اندازه گیری نشان دادند. یون های درهم تنیده شده به هنگام اندازه گیری شدن سقوط نمودند و به این صورت نویز شناسایی شده کاهش پیدا کرد. 
محققان سطح کافی از کاهش نویز را اندازه گیری نمودند  تا درهم تنیدگی تایید شود و نتایجی بدست بیاید که با پیش بینی های نظری همخوانی داشته باشد. این نوع درهم تنیدگی را فشردن چرخشی می نامند، زیرا نویز را از سیگنال اندازه گیری هدف با فشار، بیرون رانده (حذف می کند) و آنرا به جنبه دیگری از سیستم هدایت می نماید که چندان اهمیت نداشته باشد. تکنیک هایی که از آنها در شبیه ساز استفاده شد، ممکن است روزی در توسعه ساعت های اتمی بر اساس تعداد بیشتر یون ها هم نقش داشته باشد. در طراح های کنونی این ساعت ها از یک یا دو یون استفاده می شود.
به گفته بونت: "کاهش نویز کوانتومی همان چیزی است که باعث می شود این نوع درهم تنیدگی مناسب تقویت ساعت های یونی و اتمی باشد. فشردگی چرخشی ثابت می کند که شبیه ساز به شکل مناسب کار می کند زیرا نوسانات کوانتومی را موجب می شود که بدنبالشان هستیم."
هزینه انجام کار تحقیقی یاد شده بخشی توسط بنیان ملی علم آمریکا و بخشی نیز توسط دفتر تحقیقات ارتش و بخشی نیز دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی تامین شد. 

درباره نویسنده

هنگامه خوش خلق

هنگامه خوش خلق

اینجانب فعالیت خود را به عنوان مترجم از سال 88 و با همکاری با انتشارات طاهریان آغاز کردم .و سپس به عنوان کارمند مترجم با شرکت های مختلفی همکاری داشته ام . در این میان لازم به ذکر است که فعالیت های اینجانب علاوه بر ترجمه کتاب (در آخرین مورد نشر آوند دانش)شامل ترجمه مقالات ، همکاری به عنوان مترجم شفاهی در دوره ها و سمینارهای مختلف و کار به عنوان مسئول مکاتبات و مکالمات خارجی شرکت توسعه اطلاعات بوده است .علاوه بر زبان انگلیسی ، آشنایی متوسط با زبان های اسپانیولی و ترکی استانبولی را نیز دارا می باشم .

 

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

دانشمندان روشی را توسعه داده اند که توسط آن موادی که عموماً در صنایع هوایی و ماهواره ها استفاده می شوند می توانند به خودترمیمیِ شکستها و خش های خود در دمای زیر انجماد بپردازند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

چگونه می توان انرژی خورشیدی را برای استفاده در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد ذخیره کرد؟ یک راه حل تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن توسط الکترولیز آب است. این ایده به این صورت است که از الکتریسیته ای که توسط انرژی خورشیدی (پنلهای خورشیدی) بدست می آید برای تجزیه ملوکولهای آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده شود. سپس هیدروژن خالص را می توان بعنوان منبع انرژی الکتریسیته ویا یک منبع سوختی استفاده کرد. اما دقیقاً همینجاست که موضوع پیچیده می شود. حتی با وجود فناوری های مختلفِ تولید هیدروژن و نتایج نوید بخش آزمایشگاهی، هنوز این روش بسیار ناپایدار و گران است و صرفاً برای استفاده های بزرگ تجاری دارای صرفه است. حال، رویکرد جدیدی توسط محققانِ سوئیسی عرضه شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
تولید سوخت از دی اکسید کربن

تولید سوخت از دی اکسید کربن

در مطالعه ای جدید که توسط دپارتمان انرژی آرگونه از لابراتوار ملی آمریکا و دانشگاه ایلینویز در شیکاگو انجام شد، محققان موفق به یافتن راهی شدند تا با کمک نور آفتاب، دی اکسید کربن را به یک منبع قابل استفاده انرژی تبدیل کنند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

اگر از زمره عاشقان قهوه هستید و در عین حال قارچ هم از چاشنی های همیشگی غذاهای شماست احتمالاً از همین الان تصمیم قطعی برای خرید این دستگاه را خواهید گرفت. این دستگاه جالب توسط آدریان پرز طراح بارسایی طراحی و تولید شده است. دستگاه های قهوه جوش صرفاً دو دهم درصد از قهوه را تبدیل به نوشیدنی می کنند و مابقی بصورت تفاله دور ریخته می شود. گرچه استفاده از تفاله قهوه بعنوان بستری برای پرورش قارچ موضوع جدیدی نیست ولی در پشت دستگاهی که در ادامه بررسی می کنیم تفکر خلاقانه ای وجود دارد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پهپادها بزودی قادر خواهند بود همانند یک پرنده ویا یک حشره بالدار تصاویر محیط را دریافت کرده، پردازش نمایند و بدون نیاز به دخالت نیروی انسانی، رادار وحتی هدایت GPS ماهواره ای راه خود را بیابند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
کشف یک باکتری پلاستیک خور!

کشف یک باکتری پلاستیک خور!

محققان ژاپنی بتازگی یک میکروارگانیزمی را کشف کردند که به پلاستیک ها رحم نمی کند. اثبات شده است که این باکتریوم با نام Ideonella sakaiensis، بطور کامل پلی اتیلن ترفتالات (PET) را در هم می شکند. PET، نوع معمول و رایجی از پلاستیک است که در ساخت بطریهای نوشیدنی و برخی از نگهدارنده های مواد غذایی بشدت استفاده می شود. این نوع از پلاستیک ها سهم بسیار بالایی از ضایعات مواد پلاستیکی در سراسر جهان را بخود اختصاص می دهند و رد پای آنها را می توان در وسط اقیانوسها هم پیدا کرد و حالا دانشمندان در حال تحقیق بر روی این موضوع هستند که آیا می توان از این قاتل کوچک برای بازیافت پلاستیک و کاهش آلودگی های زیست محیطی استفاده کرد یا خیر؟

مطالعه متن کامل
ابزار جستجوی قدرتمند ویندوز 10

ابزار جستجوی قدرتمند ویندوز 10

با استفاده از این قابلیت جدید در کورتانا، جستجوی فایلها بر روی کامپیوتر بسیار ساده شده است. کورتانا می تواند برای شما در ویندوز 10 شعبده های بسیاری انجام دهد، مانند ارسال ایمیل، پیام متنی و پیامک، خواندن سرتیتر اخبار و صحبت با شما در مورد وضعیت آب و هوا. اما قابلیتی که بر همه موارد فوق میچربد! همانا قابلیت جدید پیدا کردن یک فایل می باشد، فقط کافیست صدایش بزنید تا حاضر شود، حال می خواهد فایلی که بدنبالش هستید روی کامپیوتر باشد ویا OneDrive. فقط کافیست صدایش بزنید.

مطالعه متن کامل
باله های روباتی شیرهای دریایی می توانند الهام بخش شناورهای زیرآبی آینده باشند

باله های روباتی شیرهای دریایی می توانند الهام بخش شناورهای زیرآبی آینده باشند

برخلاف اغلب موجودات دریایی، شیرهای دریایی از باله های جلویی خود به جای دُم، برای حرکت کردن بهره می گیرند. همچنین وقتی در دریا حرکت می کنند هیچ ردپایی از خود به جا نمی گذارند. آقای مگان لِفتویچ، استاد مهندسی مکانیک و هوا و فضا در دانشگاه جورج واشنگتن سعی کرد تا از این طرح در تکنولوژی استفاده کند و بنابراین یک باله روباتی شیر دریایی را ساخت.

مطالعه متن کامل
مدل زمین ساختی نشان می دهد که آمریکای شمالی احتمالاً زمانی به استرالیا یا جنوبگان متصل بوده است

مدل زمین ساختی نشان می دهد که آمریکای شمالی احتمالاً زمانی به استرالیا یا جنوبگان متصل بوده است

بر اساس تحقیقات صورت گرفته توسط زمین شناس سازمان زمین شناسی آمریکا، جیمز جونز و همکارانش از دانشگاه Bucknell و دانشکده معدن کلرادو که در Lithosphere منتشرشد، آمریکای شمالی احتمالاً زمانی به استرالیا یا جنوبگان متصل بوده است.

مطالعه متن کامل
نکته سلامتی: علت گرفتگی ماهیچه ها چیست؟

نکته سلامتی: علت گرفتگی ماهیچه ها چیست؟

گرفتگی ماهیچه یک تجربه بسیار دردناک است، اما دلایل آن چیست؟ با ما همراه شوید تا بیشتر از دلایل این شوک ماهیچه ای بدانیم...

مطالعه متن کامل