اشعه های کیهانی می توانند رایانه های کوانتومی را بی ثبات کنند

گفته می‌شود رایانش کوانتومی می‌تواند با سرعت بالا با مشکلات پیچیده مقابله کند. آنچه این امر را ممکن می‌کند، روش بهره‌برداری از کیوبیت‌ها – معمولاً ذرات زیراتمی مانند الکترون‌ها – است که از خصوصیات کوانتومی برای نشان دادن ترکیبات متعدد فراتر از ۰ یا ۱ بیت معمولی استفاده می‌کنند. وقتی جفت کیوبیت‌ها «درگیر» می‌شوند، می‌توانند وضعیت یکدیگر را با روش‌های قابل پیش‌بینی حتی در فواصل بسیار طولانی تغییر دهند و قدرت پردازش را بیش از پیش افزایش دهند. اما همه اینها هزینه دارد. کیوبیت‌ها حتی به کوچکترین آشفتگی نیز بسیار حساس هستند و در فرآیندی به‌نام انسجام‌زدایی به‌سرعت خراب شده و از بین می‌روند.

به گزارش جام جم آنلاین به نقل از ایتنا، یافته‌های جدید نشان می‌دهند که تابش کیهانی یکی از دلایل این انسجام‌زدایی است و می‌تواند بسیار مشکل‌آفرین باشد.

این مطالعهٔ جدید بر اساس نوعی رایانش کوانتومی انجام شده که از طریق جفت‌های باردار الکترون و از مواد ابررسانا برای تولید کیوبیت استفاده می‌کند. یافته‌ها نشان می‌دهد که تابش طبیعی تولید شده توسط مواد عادی در اطراف ما مانند سازه‌های 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 تولید شده توسط پرتوهای کیهانی اثر بیشتری خواهند داشت.

البته این یک مشکل است زیرا اساساً بر روی هر سامانه‌ای که با سرب احاطه نشده باشد یا در زیر زمین ذخیره نشده باشد، تأثیر می‌گذارد. 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) می‌گوید: «هر رایانه كوانتومی مبتنی بر فناوری کیوبیت ابررسانا، باید صریحاً با اثرات تابش مقابله كند».
آسیب تابش، از طریق رسوب انرژی در کیوبیت‌ها صورت می‌گیرد. برای تجزیه جفت الکترون در ابررسانا انرژی بسیار کمی لازم است و این جفتها به الکترونهای آزاد تجزیه می‌شوند و به طور بالقوه منجر به تبادل انرژی‌ای می‌شود که می‌تواند حالت ظریف ابررسانا را از بین ببرد. این امر باعث می‌شود که کیوبیت‌ها حالت کوانتومی خود را از دست داده و از بین بروند و به پایان یافتن هرگونه رایانش کوانتومی واقعی منجر شوند.

 

این گروه پژوهشی در ام‌آی‌تی کیوبیت‌های ابررسانا را در معرض تابش مس قرار دادند و دریافتند که کیوبیت‌هایی که فقط در معرض تابش طبیعی قرار دارند، حدود چهار میلی‌ثانیه پایدار هستند. این در واقع بیش از آن چیزی است که ما اکنون در آزمون‌های رایانش کوانتومی می‌بینیم (نزدیک به ۰٫۱ میلی‌ثانیه ثبات)، اما حتی چند میلی‌ثانیه نیز برای کاربردهای عملی رایانش کوانتومی بسیار کوتاه است. این مطالعه تأکید می‌کند که حتی اگر بتوانیم سایر دلایل تجزیه، نظیر ارتعاشات فیزیکی یا تغییرات دما را از بین ببریم، بازهم تابش، رایانش کوانتومی را با دشواری روبه‌رو خواهد کرد.

با توجه به پایین بودن میزان تابش پرتوهای کیهانی در بیشتر نقاط سطح کره زمین، بهترین روش‌ها برای کاهش تداخل تابش شاید آسان‌ترین روش هم باشد: محافظت از دستگاه‌های کیوبیت در برابر تابش (با استفاده از موادی مانند سرب)، یا ساخت آنها در زیر زمین. او بر این باور است که احتمالاً در مکان‌های زیر زمین و نه‌چندان ژرف، حالتی ایده‌آل وجود دارد که سبب محافظت متوسط بشود. به گفته او: «اگر در حال ساخت رایانهٔ کوانتومی هستید، آن را در زیر زمین قرار دهید». مهندسان آینده هم ممکن است به‌دنبال ایجاد کیوبیت‌هایی 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 می‌خورد. آقای ون دوندر می‌گوید: «به‌نظر می‌رسد کیوبیت‌ها یا موارد مشابه آنها ردیاب‌های خارق‌العاده‌ای برای تابش هستند. این امید وجود دارد که حساسیت در جست‌وجوی ماده تاریک، یا حتی آزمایش‌هایی که نشان‌دهندهٔ نقایص مدل استاندارد فیزیک ذرات هستند، بهبود یابند».