زمان تخمینی مطالعه: 6 دقیقه

Six  شرکت De Beers الماس‌های مصنوعی را برای کامپیوترهای کوانتومی AWS می‌سازد و از تکرار کننده‌های کوانتومی برای امنیت و ارتباطات بهتر پشتیبانی می‌کند.

De Beers، شرکت مشهور الماس، قرار است الماس‌های مصنوعی را برای استفاده در رایانه‌های کوانتومی که سرویس وب آمازون (AWS) در حال توسعه آن است، تولید کند. Element Six، یکی از شرکت‌های تابعه De Beers، این الماس‌های مصنوعی را تولید خواهد کرد که توسط مرکز شبکه‌های کوانتومی AWS  برای توسعه ارتباطات کوانتومی استفاده خواهد شد.

طبق خبری در وبلاگ AWS، شبکه‌های کوانتومی «درهم تنیدگی»‌ای را توزیع می‌کنند و به پدیده‌ای اشاره دارد که رفتار ذرات را حتی زمانی‌که از هم جدا می‌شوند به یکدیگر مرتبط می‌کند. این امر می‌تواند امنیت شبکه را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد، زیرا خواندن داده‌ها از شبکه را بدون شناسایی غیرممکن می‌کند. علاوه بر این، به مراکزداده اجازه می‌دهد تا کامپیوترهای کلاسیک را همگام‌سازی کنند و رایانه‌های کوانتومی را قادر می‌سازد تا حالت‌های کوانتومی را برقرار کنند و به‌طور بالقوه امکان محاسبات کوانتومی توزیع‌شده را فراهم می‌کند.

اثرات کوانتومی معمولا در یک بُرد کوتاه عمل می‌کنند، به این معنی که شبکه‌های کوانتومی به «تکرارکننده‌های کوانتومی» نیاز دارند تا بتوانند درهم تنیدگی را در فواصل قابل‌توجهی توزیع کنند. علاوه بر این، تکرارکننده‌های کوانتومی نیاز به انجام عملیات روی تک فوتون‌های نور دارند که به سطوح بی‌سابقه‌ای از همگام‌سازی زمان‌بندی نیاز دارد. دانشمندان AWS بر این باورند که یک طرح کیوبیت رقیب مبتنی بر نقص‌های رنگی در الماس، مبنای بهتری برای تکرارکننده‌های کوانتومی است که با فوتون‌ها – واحد اصلی ارتباط در طول شبکه‌های فیبرنوری – کار می‌کنند. کیوبیت‌ها که بر اساس مراکز رنگی در الماس هستند، «کیوبیت های نقص» نامیده می‌شوند.

نویسندگان AWS، دکتر بارت ماکیلز و دکتر دانیل ریدل و دکتر دانیل توییچن از Element توضیح دادند: «نقص در جامدات دسته وسیعی از کیوبیت‌ها هستند که از یک یا چند اتم تشکیل شده‌اند که در داخل یک ماده کریستالی و یکنواخت یک نقص ایجاد می‌کنند. شش بسته به نوع اتم و ماده مورد استفاده، کیوبیت از حالت‌های الکترونیکی یا مغناطیسی اتم(های) نقص تعریف می‌شود. الماس‌ها از شبکه سفت و سختی از اتم‌های کربن تشکیل شده‌اند، اما نقص‌هایی که حاوی اتم‌های ناخالصی هستند، نحوه تعامل آن‌ها با فوتون‌های نور را تغییر می‌دهند. این به سنگ‌های قیمتی الماس رنگ‌های متمایز می‌دهد، اما اثرات فوتون می‌تواند تکرار کننده‌های کوانتومی را نیز فعال کند.

مراکز رنگ NV و SiV به ترتیب با نیتروژن و سیلیکون جایگزین اتم‌های کربن می‌شوند. این‌ها مراکز رنگی هستند، اما اتم‌های آن‌ها یک حافظه اسپین نیز دارند، به این معنی که یک میدان مغناطیسی می‌تواند اسپین نقص را تراز کند و آن را به یک دستگاه حافظه کوانتومی با مقدار 1 یا 0 تبدیل کند. فوتون‌ها می‌توانند چرخش را تغییر دهند. (تراز چرخشی، تغییر مقدار کیوبیت است.)

از آن‌جایی که در الماس قرار دارند، مراکز رنگ NV و SiV نسبت به سایر کیوبیت‌ها قوی‌تر هستند و به‌طور بالقوه می‌توانند در دستگاه‌های شبکه‌ای در مقیاس نانو قابل استقرار قرار گیرند. نقص‌های SiV، به‌ویژه، به نوسانات مغناطیسی و الکتریکی پس‌زمینه حساس نیستند که به‌ویژه آن‌ها را مفید می‌سازد، زیرا می‌توان آن‌ها را با اطمینان نوشت و خواند. کیوبیت همچنین دارای زمان انسجام نسبتا طولانی تا 10 میلی‌ثانیه و حافظه چرخش هسته‌ای بیش از یک ثانیه است. عنصر شش برای ایجاد الماس‌های مصنوعی با نقص‌های کنترل شده کار می‌کند که توسط دانشمندان هاروارد و MIT در آزمایش‌های ارتباطی کوانتومی استفاده شده است که منجر به تکرار کننده‌های کوانتومی می‌شود. این شرکت معتقد است که چنین الماس‌هایی می‌توانند در آینده به تولید انبوه برسند. آن‌ها معتقدند: ویژگی‌های نوری و کوانتومی الماس آن را برای شبکه‌های کوانتومی و کاربردهای ارتباطات کوانتومی امیدوارکننده می‌کند. اما عدم دسترسی گسترده به درجات و مورفولوژی‌های مختلف الماس برای مدت طولانی چالشی برای این رشته بوده است. عنصر شش و AWS با هم کار می‌کنند تا فناوری‌های جدیدی را توسعه دهند و الماس را به ماده‌ای انعطاف‌پذیرتر و در دسترس‌تر تبدیل کنند – همچنین به رشد و پیشرفت در این زمینه نیز کمک می‌کند.

خواص منحصر به فرد الماس آن را به یک ماده ایده‌آل برای شبکه‌های کوانتومی و کاربردهای ارتباطات کوانتومی تبدیل می‌کند. مشارکت AWS با عنصر شش در دسترس‌پذیری و انعطاف‌پذیری بیشتر فناوری بسیار مهم است. هدف این همکاری توسعه فناوری‌های نوآورانه است که می‌تواند تولید انبوه الماس با درجه‌ها و مورفولوژی‌های مختلف را امکان‌پذیر کند. توانایی تولید الماس مصنوعی می‌تواند سهم قابل توجهی در محاسبات کوانتومی داشته باشد.

در این پست وبلاگ AWS عنوان شده: ویژگی‌های نوری و کوانتومی الماس آن را برای شبکه‌های کوانتومی و برنامه‌های ارتباطات کوانتومی امیدوارکننده می‌کند. با این حال، عدم دسترسی گسترده به درجات و مورفولوژی‌های مختلف الماس از دیرباز چالشی برای این رشته بوده است. عنصر شش و AWS با هم کار می‌کنند تا فناوری‌های جدیدی را توسعه دهند و الماس را به ماده‌ای انعطاف‌پذیرتر و در دسترس تبدیل کنند که باعث رشد و پیشرفت این فناوری می‌شود. توسعه شبکه‌های کوانتومی می‌تواند پیامدهای گسترده‌ای برای امنیت ارتباطات آن‌لاین داشته باشد. با ظهور محاسبات کوانتومی، روش‌های رمزگذاری سنتی ممکن است در برابر حمله آسیب‌پذیر شوند. شبکه‌های کوانتومی از درهم تنیدگی استفاده می‌کنند که رفتار ذرات را حتی زمانی که از هم جدا می‌شوند، به‌هم گره می‌زند. این امر می‌تواند امنیت شبکه‌ها را بهبود بخشد و هکرها نتوانند داده‌ها را از یک شبکه بدون شناسایی شدن بخوانند. علاوه بر مزایای امنیتی، شبکه کوانتومی می‌تواند مراکزداده و محاسبات را متحول کند. این مزیت، رایانه‌های کلاسیک را قادر می‌سازد تا حالت‌های کوانتومی را همگام‌سازی و ارتباط برقرار کنند و به‌طور بالقوه امکان محاسبات کوانتومی توزیع‌شده را فراهم کنند. این فناوری می‌تواند سرعت و کارایی پردازش داده‌ها را به‌طور چشمگیری افزایش دهد و به طیف وسیعی از برنامه‌های کاربردی جدید، از شبیه‌سازی‌های پیچیده تا کشف دارو، اجازه دهد. در حالی که اکثر کامپیوترهای کوانتومی پیشرو در اطراف ابررساناها قرار دارند، مرکز AWS برای شبکه‌های کوانتومی در حال بررسی یک طرح کیوبیت رقیب مبتنی بر نقص رنگ در الماس است. کیوبیت‌ها که بر اساس مراکز رنگ در الماس هستند، کیوبیت‌های نقص نامیده می‌شوند و دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند که آن‌ها را برای استفاده در شبکه‌های کوانتومی ایده‌آل می‌کند.

منبع : Data Centre Magazine

بخوانید : R&M در نمایشگاه Data Center World لندن