فناوری های کوانتومی مانند رایانه های کوانتومی ، دستگاه های سنجش کوانتوم و حافظه کوانتومی ، از نظر الکترونیکی ، سنتی و سرعت ، عملکرد بهتری دارند و می توانند به زودی به انسان ها کمک کنند تا از پس مشکلات گوناگونی برآیند. با وجود پتانسیل بسیار زیاد ، اکثر سیستم های منابع کوانتومی ذاتاً در معرض خطا و نویز هستند و استفاده از آنها در محیط های واقعی، با چالش های زیادی همراه است.
محققان در تلاشند تا از فناوری های کوانتومی در مقیاس وسیعی از زندگی استفاده کنند و تکنیک هایی را ارائه دهند که بتواند منابع کوانتومی را در برابر نویز و خطا مقاوم تر کند.
برخی از این روشهای کاهش خطا مانند تصحیح خطای کوانتوم و تحمل عیب برای این کار ارائه شد که اکنون سنگ بنای علم اطلاعات کوانتومی هستند ولی تابه حال درک درستی از عوامل موثر بر عملکرد سیستمهای کوانتومی که کاربرد آنها را در دنیای واقعی محدود می کنند وجود ندارد.
محققان دانشگاه کمبریج در انگلستان و موسسه فیزیک نظری محیط در کانادا اخیراً سعی کرده اند درک بهتری از محدودیت های تکنیک “تصفیه” منابع کوانتومی پر نویز را به دست آورند.
در مقاله ای که در Physical Review Letters منتشر شد آنها از نظر ریاضی وجود برخی از محدودیت های جهانی را در صحت و کارایی روش های تصفیه انواع منابع کوانتومی در رایانه های کوانتومی که مرتبط با کاربردهای عملی است را اثبات کردند.
زی ون لیو ، یکی از محققان این مطالعه گفت: ایده ها و تکنیک های مورد بحث در مقاله ما از “تئوری منابع کوانتومی یک شات” نشأت می گیرد. ایده اصلی تجزیه و تحلیل یک اطلاعات نظری به نام فرضیه کوانتوم آزمایش آنتروپی نسبی است.
لیو و همکارانش با استفاده از فرمول های ریاضی ، یک سری محدودیت های اساسی در میزان خالص سازی منابع پر نویز که ناشی از قوانین مکانیک کوانتوم است را اثبات کردند. محاسباتی که آنها انجام داده اند تقریباً در مورد انواع منابع کوانتومی صدق می کند.
فرمول های ریاضی ارائه شده توسط این تیم، حاکی از وجود محدودیت های قوی برای بهره وری از تقطیر است و روشی را برای تصفیه منابع کوانتومی که زیربنای طیف گسترده ای از فن آوری های کوانتومی است را طرح ریزی می کند.
به طور خاص ، این فرمول ها اولین مرزهای مشخص را در هزینه های تقطیر حالت جادویی معرفی می کند و به عنوان یک طرح اصلی برای تحقق محاسبه کوانتومی مقیاس پذیر و متحمل خطا در نظر گرفته می شود.
لیو گفت: این فرمول ها به ما این امکان را می دهند که اولین درک دقیق از هزینه های منابع لازم محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ و سایر فناوری های کوانتومی را بدست آوریم. ما انتظار داریم که نتایج ما به عنوان رهنمودهای مهمی برای برنامه های گسترده در سناریوهای عملی عمل کند. علاوه بر این، ما در حال نوشتن یک کار در زمینه گسترش فرمول های عدم تصفیه به کانال های کوانتومی هستیم که به طور مستقیم برای سناریوهای مهم دینامیکی مانند شبیه سازی کانال کوانتومی و سنتز مدار قابل استفاده هستند.
یافته ها علاوه بر روشن کردن هزینه ها و محدودیت های فن آوری های کوانتوم ، درک اساسی مکانیک کوانتوم را بهبود می بخشند. انتظار می رود این نظریه مانند نظریه های معروف ممنوع الخروجی ، نظریه عدم کلون و اصل عدم قطعیت ، نقش مهمی در توسعه علمی و عملی فیزیک کوانتوم بازی کند.
منبع: phys
