کاربرد بلور زمانی در کامپیوتر کوانتومی چیست؟
دانشمندان موفق شدهاند بلور زمانی بسازند و حالا، قدم بعدی این خواهد بود که در مورد این مادهی عجیب بیشتر بدانند. گروهی از پژوهشگران دانشگاه هاروارد به بررسی کاربردهای بالقوهی این ماده میپردازند.
بلورهای زمانی وجود دارند؛ این امر کاملا اثبات شده است. پیش از این، دو گروه بلورهای زمانی خود را ساختند که قوانین فضا و زمان را تحتالشعاع قرار داد. یکی از این گروهها از دانشگاه مریلند، از زنجیرهای از ذرات باردار (یونهای ایتربیوم) استفاده کرد. گروه دیگر از دانشگاه هاروارد، بلوری مصنوعی با استفاده از الماس سنتزی ساخت.
هر دوی این گروهها، سیستم کوانتومی موجود در پس این ماده را نشان دادند و مادهای ساختند که میتواند بهعنوان بلور زمانی عمل کند. بلورهای زمانی نخستین بار توسط فیزیکدان برندهی جایزهی نوبل، فرانک ویلچک در سال ۲۰۱۲ مطرح شدند و اکنون از دنیای نظری، پا به دنیای واقعی گذاشتهاند. بلورهای زمانی «عدم امکانهایی» اساسی دارند؛ به همین دلیل ساخت آنها زمان برد. بلورهای زمانی مانند بلورهای معمول هستند؛ اما یک ویژگی اضافه دارند. این بلورها فقط در فضا تکرار نمیشوند؛ بلکه با شکستن اصلی به نام تقارن انتقال زمانی، در زمان هم تکرار میشوند.
بلورهای زمانی به سبب این خصوصیت منحصربهفرد، با ماندن در حالت پایه یا کمانرژی، میتوانند حرکت کنند. این پدیدهی عجیب، نخستین مثال از فازهای غیر تعادلی ماده است.
کاربردهای بلور زمانی در فناوریهای کوانتوم
پژوهشگران هاروارد با سرپرستی پروفسورهای فیزیک، میکائیل لوکین و یوگن دملر، میخواهند در مورد این نوع جدید از ماده بیشتر بدانند. فیزیکِ این ماده شناخته شده است؛ اما هنوز موارد بسیاری مانده است تا بدانیم. لوکین توضیح میدهد:
اکنون کار گستردهای برای درک فیزیک سیستمهای کوانتومی غیر تعادلی در جریان است.
پژوهش موادی مانند بلور زمانی به ما کمک میکند دنیای فیزیک کوانتوم و دنیای خودمان را بهتر درک کنیم. چنین ناهنجاریهای علمی معمولا به دانشی منجر میشوند که به ما امکان میدهد این دنیاها را به هم تبدیل کنیم. در این مورد، بلورهای زمانی به لوکین و دیگر پژوهشگران امکان میدهند تا فناوریهای جدید مانند ابزار دقیق اندازهگیری، سنسور کوانتومی و حتی ساعتهای اتمی توسعه دهند.
یکی از کاربردهای بالقوه و جالب بلورهای زمانی در محاسبات کوانتومی است. کامپیوترهای کوانتومی، نسل بعدی ماشینهای محاسباتی هستند که قدرتمندتر، دقیقتر و بهینهتر از کامپیوترهای موجود خواهند بود. کلید این قدرت در استفاده از کوانتومبیت یا کیوبیت برای پردازش دیتا و اطلاعات است. کامپیوترهای کوانتومی بهجای تکیه بر بیتهای ۰ و ۱، از کیوبیتهایی استفاده میکنند که میتوانند به سبب پدیدهای کوانتومی به نام «برهمنهی»، همزمان ۰ و ۱ باشند. بلورهای زمانی میتوانند این موارد را به مدلهایی کاربردی تبدیل کنند. لوکین میگوید:
این زمینه برای فناوریهای کوانتومی خیلی جالب است. زیرا یک کامپیوتر کوانتومی اساسا نوعی سیستمی کوانتومی است که از حالت تعادل فاصله دارد. این زمینهها بسیار پیشرو هستند.
کامپیوترهای کوانتومی میتوانند روش پژوهش ما را با حل کردن پیچیدهترین مشکلها در چشم بر هم زدنی، متحول کنند.