دعونا نتحدث عن التقنيات التي يمكن أن تساهم في الاستخدام الواسع النطاق لآلات الكم ، والمكافئ الكمي
لشيطان ماكسويل ، والتحريك عن بعد
لبوابة الكم .
/ photo ويكيميديا PDلفترة وجيزة عن مفارقة ماكسويل
شيطان ماكسويل هو مخلوق خيالي اخترعه الفيزيائي جيمس كلارك ماكسويل في القرن التاسع عشر لوصف مفارقة
القانون الثاني للديناميكا الحرارية .
اقترح ماكسويل التجربة الفكرية التالية. يتم أخذ الحاوية وتقسيمها بواسطة قسم إلى نصفين. ثم تمتلئ بشكل تعسفي بجزيئات الغاز "الباردة" و "الساخنة". يتم خلط هذه الجزيئات وتتحرك بسرعات مختلفة.
تم عمل ثقب في الحاجز بجهاز يسمح للجزيئات الساخنة بالمرور من اليسار إلى اليمين ، والجزيئات الباردة من اليمين إلى اليسار. هذا الجهاز يسمى شيطان ماكسويل. ونتيجة لذلك ، يتم تسخين نصف الخزان ، ويتم تبريد النصف الثاني دون أي استهلاك للطاقة.
المفارقة هي أنه بعد أن "تأخذ الجزيئات أماكنها" في الخزان ، فإن إنتروبيا النظام أقل مما هي عليه في حالتها الأصلية. ينتهك هذا القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، والذي بموجبه لا يمكن للانتروبيا لنظام معزول أن ينخفض ، ولكن فقط يزيد أو يبقى كما هو.
أولاً ، قرر الفيزيائيون أنه يمكن تحديد شيطان ماكسويل باستخدام آلة الحركة الدائمة ، لأنها تأخذ الطاقة "من العدم". ولكن بعد ذلك ثبت أن الشيطان يهدر أيضًا الطاقة على فرز الجزيئات. هذا يعني أن الطاقة تنشأ من عمل الشيطان ، ولا تنتهك قوانين الديناميكا الحرارية. تم حل المفارقة من قبل ليو سيلارد في عام 1929.
لقد حاولوا منذ فترة طويلة وضع مفهوم ماكسويل الشيطاني موضع التنفيذ. تمكن عدد من الباحثين حتى من تحقيق بعض النجاحات. على سبيل المثال ، في عام 2010 ،
طور الباحثون اليابانيون نموذجًا
كهروميكانيكيًا لمحرك Sillard ، والذي يعتبر نوعًا من شيطان ماكسويل. استخدم كرات البوليسترين (التي كانت جزيئات في النظام الأصلي) تطفو في دائرة في محلول عازلة. تم لعب دور الشيطان بواسطة جهد كهربائي ، مما دفع كرات الضوء لتغيير اتجاه حركتها.
قبل ثلاث سنوات ، تم تنفيذ شيطان ماكسويل كترانزستور أحادي الإلكترون مع أسلاك الألمنيوم فائقة التوصيل. ومع ذلك ، لم يتمكن العلماء من إحياء المفهوم مع عدد كبير من الذرات أو الجزيئات. حتى وقت قريب.
شيطان الكم: ما هي النقطة
في سبتمبر من هذا العام ، تمكن باحثون من جامعة بنسلفانيا من
إجراء مكافئ كمّي واسع النطاق لتجربة فكرية. قاموا بطريقة خاصة
بتجميع مجموعة متباينة من عدد كبير من ذرات السيزيوم ، مما قلل من إنتروبيا النظام.
لهذا ، استخدم فريق من المتخصصين ما يسمى
بالفخ البصري مع ثلاثة أزواج من أشعة الليزر. يسمح لك بالتقاط الذرات وتبريدها إلى درجات حرارة منخفضة للغاية (فقط بضع درجات فوق الصفر المطلق).
كجزء من التجربة ، استخدم الباحثون أشعة ليزر بطول موجة 839 نانومتر لتشكيل شبكة بصرية ثلاثية الأبعاد 5x5x5 ووضع ذرات السيزيوم فيها. في البداية ، كانت هذه الذرات في حالة ذات
رقم كمي مداري (لتر) 4
وعدد كمي مغناطيسي (م) of4 وتم توزيعها عشوائيًا على الشبكة. ومع ذلك ، في نهاية التجربة ، شكلوا شبكات فرعية بحجم 5x5x2 أو 4x4x3 ، مما قلل من إنتروبيا النظام بأكثر من مرتين.
لتحريك ذرة على طول شبكة شعرية ، قام العلماء بتغيير حالتها (تغيير أرقامها الكمية) وتبديل استقطاب أحد أشعة الضوء. ونتيجة لذلك ، بدأت الذرات في ولايات مختلفة "بالصد" والتحرك على طول الشبكة. عندما كان من الضروري "إصلاح" موضع الذرة ، عادت أعدادها الكمية إلى حالتها الأصلية.
لماذا التنمية مفيدة
يعد التخدير المعوي خيارًا واعدًا لإنشاء الكوبتات. يعد استخدام الذرات المحايدة للحوسبة الكمومية مهمة صعبة. ليس لديهم شحنة كهربائية ، لذلك من الصعب جعلهم يدخلون في حالة
تشابك الكم ، حيث تعتمد حالات الأشياء على بعضها البعض.
إن انخفاض الإنتروبيا في المصيدة البصرية للذرات
يسمح للمرء ببناء بوابات كمية بأخطاء أقل. وتعتبر
البوابات الكمومية العناصر المنطقية الأساسية للحاسوب الكمومي. لذلك ، يسمح النظام المقترح في المستقبل بزيادة الكفاءة الحسابية لآلة الكم.
تقنية أخرى هي النقل عن بعد لبوابة الكم.
من أجل انتشار الآلات الكمومية ، من الضروري تنظيم العمل المنسق لمئات البتات. إحدى الطرق لتحقيق ذلك هي جعل النظام معياريًا: دمج الأنظمة الكمية الصغيرة في نظام كبير واحد.
/ photo Rachel Johnson CCلهذا ، من الضروري إعطاء البوابات الكمومية إمكانية التفاعل بين الوحدات. تحقيقا لهذه الغاية ،
طور فريق من الباحثين من جامعة ييل بنية كمية معيارية حيث تنقل البوابات الكمومية (تنقل حالتها من مسافة بعيدة) في الوقت الحقيقي.
قام الباحثون بنقل
بوابة المنطق
CNOT (نفي متحكم به) ، والتي تنفذ عملية مشابهة لـ "
إضافة modulo 2 ". بالنظر إلى رموز تصحيح الخطأ ، كانت موثوقية الطريقة 79 ٪.
في المستقبل ، ستسمح هذه التقنية بتنظيم أجهزة كمبيوتر كمومية قابلة للتوسع.
كل هذا ، إلى جانب إنجاز باحثين من جامعة بنسلفانيا ، يقرب من لحظة الاعتماد الواسع النطاق لآلات الكم. ويعتقد أن هذا
سيحدث في السنوات العشر المقبلة.
PS موارد إضافية من مدونة IaaS للشركات الأولى:
PPS مقالات ذات صلة من مدونتنا على حبري: