دروازه موازی جدید کیوبیت های الماس را 10 برابر سریعتر در دمای اتاق در هم می پیچد
فناوری‌های کوانتومی به کیوبیت‌ها تکیه می‌کنند، واحدهایی از اطلاعات که می‌توانند در ترکیبی از حالت‌های 0 و 1 وجود داشته باشند، به‌جای اینکه مانند بیت‌های معمولی به یکی یا دیگری محدود شوند. کیوبیت ها می توانند درهم تنیده شوند، به این معنی که حالت های آنها به روش هایی به هم مرتبط می شوند که با در نظر گرفتن هر کیوبیت به طور جداگانه قابل توضیح نیست.
ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان
این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:
فناوری‌های کوانتومی به کیوبیت‌ها تکیه می‌کنند، واحدهایی از اطلاعات که می‌توانند در ترکیبی از حالت‌های 0 و 1 وجود داشته باشند، به‌جای اینکه مانند بیت‌های معمولی به یکی یا دیگری محدود شوند. کیوبیت ها می توانند درهم تنیده شوند، به این معنی که حالت های آنها به روش هایی به هم مرتبط می شوند که با در نظر گرفتن هر کیوبیت به طور جداگانه قابل توضیح نیست.
یک پلت فرم امیدوارکننده برای تحقق و مطالعه کیوبیت های درهم تنیده، یک مرکز خالی نیتروژن است. این یک نقص کوچک در الماس است که در آن یک اتم نیتروژن در کنار یک اتم کربن از دست رفته قرار می گیرد.
در این سیستم‌های مبتنی بر الماس، محققان معمولا گروه‌هایی از کیوبیت‌ها را از طریق مجموعه‌ای از دروازه‌ها (یعنی عملیات کنترل‌شده) در هم می‌گیرند و یک الکترون در نقص را به هسته یک اتم کربن در یک زمان متصل می‌کنند. این فرآیند زمان می‌برد و می‌تواند باعث تداخل شود، پدیده‌ای که در آن یک عملیات بر کیوبیت‌هایی که قرار نبود هدف‌گیری کند نیز تأثیر می‌گذارد.
محققان دانشگاه پنسیلوانیا اخیرا رویکرد جدیدی را برای اجرای دروازه ای معرفی کرده اند که چندین کیوبیت را در الماس در دمای اتاق به هم متصل می کند. روش آنها، که در مقاله منتشر شده در Nature Nanotechnology مشخص شده است، به آنها اجازه داد تا حالت گرینبرگر-هورن-زیلینگر چهار کیوبیتی را درک کنند، نوعی درهم تنیدگی که در آن چهار کیوبیت ترکیب کوانتومی دو آرایش جمعی، مانند همه 0 ها و همه 1 ها را به اشتراک می گذارند.
جوزف دی. مینلا، ماتیو اوئلت و همکارانشان در مقاله خود نوشتند: «درهم تنیدگی چند بخشی یک جنبه ضروری از سیستم‌های کوانتومی است که برای اجرای الگوریتم‌های کوانتومی، اجرای تصحیح خطا و دستیابی به سنجش کوانتومی تقویت‌شده مورد نیاز است». "در رجیسترهای کوانتومی حالت جامد مانند مراکز خالی نیتروژن در الماس، حالت‌های درهم تنیده معمولا با استفاده از دروازه‌های متوالی و جفتی بین الکترون مرکزی و کیوبیت‌های هسته‌ای منفرد ایجاد می‌شوند. این رویکرد متوالی کند است و از خطاهای تداخلی رنج می‌برد."
در آزمایشات خود، محققان با یک مرکز خالی نیتروژن در الماس در دمای اتاق کار کردند. آنها از یک الکترون در نقص و سه هسته کربن 13 نزدیک به عنوان چهار کیوبیت استفاده کردند. این تیم یک توالی دقیق زمان‌بندی شده از کنترل‌ها را اجرا کردند که الکترون را وادار کرد تا با سه کیوبیت هسته‌ای به صورت موازی برهم‌کنش داشته باشد. این یک حالت درهم تنیده چهار کیوبیتی در یک دروازه واحد ایجاد کرد.
محققان دروازه‌های موازی را که شامل الکترون و جفت‌های مختلف کیوبیت‌های هسته‌ای بودند، آزمایش کردند، سپس آنها را با دروازه‌هایی که هر بار یک جفت استفاده می‌شدند مقایسه کردند. برای تأیید درهم تنیدگی، آنها فازهای کوانتومی کیوبیت های هسته ای را تغییر دادند و نور ساطع شده از نقص الماس را اندازه گرفتند. الگوی به دست آمده به آنها اجازه داد تا تعیین کنند که چند کیوبیت درهم پیچیده شده اند.
ما یک دروازه درهم‌تنیدگی چند کیوبیتی موازی نشان می‌دهیم تا یک حالت چهار کیوبیتی گرینبرگر-هورن-زیلینگر را با استفاده از یک مرکز فضای خالی نیتروژن در دمای اتاق تنها در 14.8 میکروثانیه - 10 برابر سریعتر از آن با استفاده از توالی‌هایی از گیت‌های دو کیوبیتی و نزدیک به حد اساسی تعیین‌شده توسط نویسنده‌های فوق‌ریز، نشان دهیم. دروازه‌های موازی سه کیوبیتی نیز با زیرمجموعه‌های تمام هسته‌ای-کیوبیتی محقق می‌شوند. حالت‌های درهم‌تنیده با اندازه‌گیری انسجام کوانتومی چندگانه تأیید می‌شوند.
محققان دریافتند که گیت موازی چهار کیوبیتی که پیاده‌سازی کردند، 10 برابر سریعتر از عملیات متوالی است که آن را با آن مقایسه کردند. علاوه بر این، گیت موازی نسبت به گیت متوالی چهار کیوبیتی، وفاداری بالاتری داشت (یعنی معیاری برای سنجش نزدیک بودن عملیات به صورت مورد نظر).
Minnella، Ouellet و همکارانشان نوشتند: "دروازه موازی چهار کیوبیتی دارای وفاداری 0.92(4) است، در حالی که وفاداری دروازه چهار کیوبیتی متوالی فقط 0.69(3) است." این رویکرد قابل تعمیم به دیگر پلتفرمهای حالت جامد است و پایه‌ای را برای تولید مقیاس‌پذیر و کنترل درهم تنیدگی در دستگاه‌های عملی ایجاد می‌کند.
در آینده، روش محققان می‌تواند برای پیاده‌سازی دروازه‌های درهم‌تنیدگی دقیق‌تر در سیستم‌های کوانتومی مبتنی بر الماس و دیگر پلتفرمهای کوانتومی حالت جامد مورد استفاده قرار گیرد. در نهایت، می‌توان آن را به سیستم‌هایی با کیوبیت‌های بیشتر افزایش داد و به پیشرفت در سنجش کوانتومی یا سایر فناوری‌های کوانتومی کمک کرد.
توسط نویسنده ما اینگرید فادلی، ویرایش شده توسط لیزا لاک، و بررسی واقعیت و بازبینی توسط رابرت ایگان برای شما نوشته شده است - این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.
جوزف دی. مینلا و همکاران، درهم تنیدگی تک دروازه، چند بخشی بر روی یک ثبت کوانتومی دمای اتاق، نانوتکنولوژی طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s41565-026-02254-6
روزنامه نگار آزاد با لیسانس روانشناسی و کارشناسی ارشد روزنامه نگاری بین المللی. از سال 2018 هوش مصنوعی، رباتیک، علوم اعصاب و اخترفیزیک را پوشش می دهد. نمایه کامل →
لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →
لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →
متن اصلی (انگلیسی)
New parallel gate entangles diamond qubits 10 times faster at room temperature
Quantum technologies rely on qubits, units of information that can exist in combinations of the states 0 and 1 instead of being limited to one or the other like conventional bits. Qubits can become entangled, which means their states become linked in ways that cannot be explained by considering each qubit separately.