کامپیوتر کوانتومی می تواند بی نهایت بار تعداد زیادی ذرات آشوبن | انجمن علمی فیزیک و نجوم دانشگاه صنعتی امیرکبیر

کامپیوتر کوانتومی می تواند بی نهایت بار تعداد زیادی ذرات آشوبناک را شبیه سازی کند!

یک کامپیوتر کوانتومی ساخته شده از اتم های باردار می تواند با استفاده از تعداد انگشت شماری بیت کوانتومی [کیوبیت]، برای شبیه سازی نحوه رفتار یک خط بی نهایت طولانی و آشوبناک از ذرات برهم کنش کننده در طول زمان استفاده کند.
رفتار مواد خاص، مانند ابررساناها و مولکول‌هایی که تحت واکنش‌های شیمیایی جالب قرار می‌گیرند، اغلب برای شبیه‌سازی (حتی در ابررایانه‌ها) بسیار پیچیده است. محققان مدت‌ها فکر می‌کردند که اگر بتوانند کامپیوترهای کوانتومی به اندازه کافی بزرگ بسازند، در چنین کارهایی بهتر عمل خواهند کرد.
اکنون الی چرتکوف در شرکت محاسبات کوانتومی کوانتینیوم (Quantinuum) در کلرادو و همکارانش، الگوریتم شبیه‌سازی ابداع کرده‌اند که به یک کامپیوتر کوانتومی امکان می‌دهد زنجیره‌ای بی‌نهایت طولانی از ذرات الکترون‌مانند در حال تعامل را با تعداد بسیار کمی از بیت‌های کوانتومی شبیه‌سازی کند.
محققان از کیوبیت های ساخته شده از اتم های ایتربیوم(ytterbium) باردار استفاده کردند. آنها طوری این کیوبیت ها را برنامه ریزی کردند تا الگوریتم جدیدی اجرا کنند. این الگوریتم جدید زنجیره ای از ذرات را شبیه سازی می کند که همه با یکدیگر تعامل دارند.
این تیم برهمکنش‌ها را به گونه‌ای تنظیم کرد که تحلیل‌های ریاضی گذشته نشان داد که ذرات به‌طور آشوبناک رفتار می‌کنند؛ یک مفهوم ریاضی به این معنی که تغییرات بسیار کوچک در آرایش اولیه، بعداً تأثیر زیادی خواهد داشت.
معمولاً تعداد ذراتی که یک کامپیوتر کوانتومی می تواند شبیه سازی کند، به تعداد کیوبیت هایی که می تواند استفاده کند بستگی دارد. در این تحقیق، محققان تنها از ۳ تا ۱۱ کیوبیت استفاده کردند. چرتکوف می‌گوید که کامپیوتر کوانتومی کوانتینیوم می‌تواند این کار را انجام دهد، زیرا الگوریتم آن را هدایت می‌کند تا کیوبیت‌ها را در طول محاسبه بازیافت کند. هنگامی که رایانه به کیوبیت‌های بیشتری نیاز داشت، یکی را که قبلاً استفاده کرده بود انتخاب می‌کرد، آن را بازنشانی می‌کرد و سپس دوباره از آن استفاده می‌کرد، بدون اینکه مزاحمتی برای سایر کیوبیت‌های دخیل در محاسبات جاری ایجاد کند.
محققان از محاسبات قبلی می دانستند که یک خط از ذرات چگونه باید در طول زمان رفتار کند و این همان چیزی است که در شبیه سازی خود دیدند و این امر نشان می دهد که تئوری آنها درست بوده است. Miles Stoudenmire در موسسه Flatiron در نیویورک می گوید که آزمایش بعدی برای الگوریتم جدید شبیه سازی سیستمی است که رایانه های معمولی نمی توانند از عهده آن برآیند؛ مانند ذرات موجود در مواد دو بعدی و نه فقط در یک خط. برای مثال، درک آنچه که الکترون‌های موجود در آن مواد در طول زمان انجام می‌دهند، می‌تواند به توسعه دستگاه‌های الکترونیکی کارآمدتر کمک کند.
کادن هازارد از دانشگاه رایس در تگزاس می گوید که عنصر آشوب، شبیه سازی را با دنیای واقعی مرتبط تر می کند. او می‌گوید اگر فقط سیستمی را که از طبیعت الهام گرفته شده بود به‌طور تصادفی انتخاب کنید، احتمالاً بی نظم و دارای آشوب خواهد بود.

مترجم: مینا شیری


منبع خبر:

https://www.newscientist.com/article/2332201-quantum-computer-can-simulate-infinitely-many-chaotic-particles/#:~:text=A%20quantum%20computer%20made%20of,interacting%20particles%20behaves%20over%20time

لینک مقاله:
Nature Physics, DOI:10.1038/s41567-022-01689-7

@PSA_AUT