دانشمندان موفق به ساخت یک رایانه کوانتومی ساخته شده با اجزای معمولی و به راحتی در دسترس شده‌اند که می‌تواند تحقیقات کوانتومی را در بسیاری از نقاط جهان تقویت کند.

ساخت رایانه‌های کوانتومی بسیار پرهزینه است و اغلب به دلیل نیاز به مواد، قطعات و تجهیزات تخصصی مانند سیستم‌های برودتی و الکترونیک پیشرفته، میلیون‌ها دلار هزینه دارد.

این یکی از دلایلی است که دانشمندان تنها در برخی از مناطق توسعه یافته جهان در حال حاضر به این فناوری محاسباتی پیشرفته دسترسی دارند.

به نقل از آی‌ای، با این حال، یک مطالعه جدید توسط محققان دانشگاه «ویتواترسرند»(Witwatersrand) در ژوهانسبورگ آفریقای جنوبی یک رایانه کوانتومی ساخته شده با تجهیزات معمولی را ارائه می‌کند.

این نوآوری این پتانسیل را دارد که فناوری رایانش کوانتومی قدرتمند را برای همه مقرون به صرفه‌تر و در دسترس‌تر کند.

ممکن است باورنکردنی به نظر برسد، اما نویسندگان این مطالعه یک رایانه کوانتومی را تنها با استفاده از پرتوهای لیزر، نمایشگرهای دیجیتال(مانند نمونه‌هایی که در پروژکتورها یافت می‌شود) و لنزهای ساده ساخته‌اند.

هنگامی که آنها آزمایش‌هایی را با آن انجام دادند، رایانه آنها وظایف پیچیده را با موفقیت انجام داد و سطوح مختلفی از اطلاعات را فراتر از توانایی‌های رایانه‌های سنتی پردازش کرد.

قدرت عجیب نور

رایانه کوانتومی ساخته شده توسط محققان توسط خواص نور هدایت می‌شود. آنها از نوری با ساختار کلاسیک استفاده کردند که نوعی پرتوی نور است که برای داشتن اشکال، ساختارها یا حالت‌های خاص دستکاری شده و آنها را قادر می‌سازد اطلاعات پیچیده‌ای را حمل کنند.

محققان با استفاده از اصول کوانتومی مانند برهم نهی حالت که در آن یک سیستم می‌تواند در چندین حالت به طور همزمان وجود داشته باشد، «ضرب ماتریس فوتونیک» را انجام دادند، فرآیندی که در آن از الگوهای نور برای انجام عملیات ریاضی با ماتریس‌ها استفاده می‌شود.

نویسندگان این مطالعه خاطرنشان کردند: نکته کلیدی این بود که چگونه نور با دستگاه‌های نوری مانند نمایشگرهای دیجیتال و لنزها با عملیات ریاضی که یک عملیات کوانتومی در رایانه‌های کوانتومی انجام می‌دهد، ارتباط برقرار کند.

هنگامی که نور با ساختار کلاسیک با موفقیت با اجزای نوری رایانه ادغام شد، محققان سیستم کوانتومی خود را با استفاده از الگوریتم دویچ-جوزسا(Deutsch-Jozsa) آزمایش کردند.

این الگوریتم خاص به یک مشکل مشخص می‌پردازد؛ تشخیص اینکه آیا یک تابع ثابت است(تولید خروجی یکسان برای همه ورودی‌ها) یا متعادل(ارائه خروجی‌های مختلف برای نیمی از ورودی‌ها). این الگوریتم ممکن است ساده به نظر برسد، اما نشان می‌دهد که آیا یک سیستم سریع‌تر، بهتر و کارآمدتر از یک رایانه کلاسیک است یا خیر.

تجزیه و تحلیل عملکرد رایانه کوانتومی

هنگامی که محققان رایانه کوانتومی خود را آزمایش کردند، عملکرد آن آنها را شگفت زده کرد، زیرا مشابه با یک سیستم کوانتومی گرانقیمت کار کرد و نوآوری آنها با اختلاف قابل توجهی از رایانه‌های سنتی بهتر بود.

موزی کنی(Mwezi Koni) پژوهشگر ارشد این مطالعه گفت: در حالی که رایانه‌های سنتی تنها با صفر و یک کار می‌کنند، ما نشان داده‌ایم که سیستم ما می‌تواند با ۱۶ سطح مختلف اطلاعات کار کند.

وی افزود: در تئوری، ما می‌توانیم این را گسترش دهیم تا میلیون‌ها سطح را مدیریت کنیم که می‌تواند یک تحول در پردازش اطلاعات پیچیده باشد.

علاوه بر این، از آنجایی که این رایانه کوانتومی از نور برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کند، سرعتی که در آن می‌تواند چندین محاسبه پیچیده را به طور همزمان حل کند، غیر قابل مقایسه با هر چیز دیگری است.

اسحاق نیپ(Isaac Nape) یکی از نویسندگان این مطالعه و کارشناس فناوری کوانتومی می‌گوید: رایانه‌های سنتی مانند تابلوهای برق کار می‌کنند و اطلاعات را با تصمیم‌های بله یا خیر پردازش می‌کنند. رویکرد ما از پرتوهای لیزر برای پردازش چندین احتمال به طور همزمان استفاده می‌کند و قدرت محاسباتی را به شکل چشمگیری افزایش می‌دهد.

پژوهشگران امیدوارند نوآوری‌شان دسترسی به رایانه‌های کوانتومی در آزمایشگاه‌ها و تأسیسات تحقیقات کوانتومی واقع در کشورهایی را که نمی‌توانند فناوری‌های گران‌قیمت کوانتومی را خریداری کنند، افزایش دهد.

این مطالعه در مجله APL Photonics منتشر شده است.