أوركسترا الألماس الكمومية ✎ سريع

الأصل: "Quantum information processing with closely-spaced diamond color centers in strain and magnetic fields"
· Zhujing Xu, Zhang-qi Yin, Qinkai Han, Tongcang Li
arXiv:1909.11775 · 2019-09-25 · arXiv non-exclusive · تحليل مستقل · 1 دقيقة
وجد الباحثون طريقة للتحكم في مجموعة كثيفة جداً من الخلايا الكمومية داخل الألماس، كما يقود قائد الأوركسترا فرقته.

📄 معروضة نسخة «بسيط» — «متقدم» غير جاهزة بعد. أضفه إلى المفضّلة للمساعدة في تسريعها.

داخل الألماس توجد أحياناً عيوب صغيرة جداً — مكان استُبدلت فيه ذرة كربون بذرة نيتروجين، وبجانبه فراغ. يسمي الفيزيائيون هذا مركز NV (عيب من النيتروجين و vacancy). يتصرف هذا العيب مثل إبرة مغناطيسية يمكنها تخزين المعلومات في دورانها. المشكلة أنه إذا حُشر عدد كبير جداً من هذه الإبر — لنقل مئة في منطقة بحجم فيروس — فإن الضوء العادي لا يستطيع التمييز بينها. تندمج في بقعة واحدة.

العمل الجديد يقدم حلاً. يُضغط على كل إبرة بقوة مختلفة قليلاً — وهذا يخلق شداً مجهرياً في البلورة. ونتيجة لذلك، تبدأ كل إبرة بالاهتزاز بترددها الخاص، مثل وتر مشدود عند حنق مختلف. الآن، بتسليط ليزر بدقة على النغمة المطلوبة، يمكن «لمس» إبرة واحدة فقط وقراءة معلوماتها. بالإضافة إلى ذلك، يُفعّل مجال مغناطيسي يتغير من نقطة إلى أخرى — وهو يسمح بالتحكم في دوران كل إبرة على حدة.

المسافة بين مراكز NV المتجاورة في هذا المخطط حوالي 10 نانومتر. هذا أنحف بألف مرة من شعرة الإنسان. في هذا الازدحام، يرى المجهر العادي توهجاً ضبابياً فقط، لكن طريقة «الوتر المشدود» تعطي كل مركز عنواناً بصرياً خاصاً به.

يُظهر المؤلفون كيف يمكن، باستخدام نبضات راديوية مضبوطة بدقة، تنفيذ عمليات كمومية أساسية — على سبيل المثال، تشابك إبرتين أو ثلاث. التشابك هو عندما تكون حالة واحدة مرتبطة فوراً بحالة أخرى، حتى لو تم فصلهما بعيداً. هذا هو المورد الرئيسي للحاسوب الكمومي. في المستقبل، يمكن لهذه التجمعات الكثيفة داخل الألماس أن تصبح وحدات حسابية حيث تتم معالجة المعلومات ليس بشكل تسلسلي، بل دفعة واحدة — بفضل الرقصة الجماعية للعديد من الإبر المغناطيسية.

مراكز NV في الألماس تتوهج باللون الأحمر. إذا أُشععت بليزر أخضر، فإنها تصدر توهجاً أحمر ساطعاً، ومن خلاله تُقرأ حالتها — مثل اليراعات التي تستجيب للون معين.

فكرة استخدام العيوب في البلورات للحساب تُطرح في رواية غريغ إيغان «Quarantine»: هناك، تصبح العمليات الكمومية في شبكة الألماس مفتاحاً للتحكم في الواقع.

العلماء
David DeutschErwin SchrödingerJohn Stewart BellLouis de BroglieLov GroverPaul Benioff
المفاهيم
ذاكرة كمومية من الألماس مطيافية مركز NV في الألماس كوبيت الحالة الصلبة مركز شغور النيتروجين كيوبت نظام هجين سترونشيوم التضفير رمز المثبت معالجة غزل مفرد رنين مغناطيسي مُكتشف بصريًا كربون-13 روبيديوم مصيدة إلكترونية تشفير كيوبتات شبه موصلة مجموعة إحصائية مطيافية الدوران النووي إشارة تحكم بلورة الذاكرة الكمومية