Quantum computing กับคลื่นไมโครเวฟ

 Quantum computing กับคลื่นไมโครเวฟ

                นักฟิสิกส์อิสระสองกลุ่ม ได้ทำสิ่งที่ก้าวหน้าที่สำคัญในการควบคุม quantum computers โดยใช้หลักการกัก ไอออน แทนที่จะควบคุม qubits โดยการใช้ลำแสงเลเซอร์ที่ซับซ้อน ทางทีมงานได้ใช้คลื่นไมโครเวฟ ซึ่งง่ายต่อการควบคุม และการรวบรวมภายในวงจรไฟฟ้าควอนตัม การทำงานจะนำไปสู่ควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ใช้ได้จริงซึ่งรวมคิวบิตจำนวนมากให้อยู่ในชิพเพียงอันเดียว
               ระบบ Quantum-computing ที่ประสบความสำเร็จอย่างมากมายที่สุดจนถึงบัดนี้เห็นจะเป็นการกักตัวไอออน ซึ่งข้อมูลต่างๆ จะถูกเข้ารหัสในรูปของสถานภาพของการหมุนของอิเลคตรอนซึ่งถูกจำกัดโดยสนามไฟฟ้า ในระบบดังกล่าว การหมุนของอิเลคตรอนของไอออนจำนวนมากสามารถนำเข้าไปในสถานภาพของควอนตัมเดี่ยวซึ่งจะไม่เป็นอิสระอีกต่อไป ในสภาพที่พัวพันซึ่งมีความแตกต่างจากฟิสิกส์แบบดั้งเดิม ความสัมพันธ์ระหว่างไอออนสามารถถูกนำไปใช้เพื่อแสดงการดำเนินการในเชิงตรรกะบางอย่างซึ่งใช้เวลานานอย่างเป็นไปไม่ได้สำหรับคอมพิวเตอร์รุ่นเก่า

                Entangling multiple spins (การหมุนหลายรอบที่มีการผสมผสาน)
                อย่างไรก็ตาม การผสมผสานกันของสองไอออนก็ต้องการแสงอัลตราไวโอเลตที่ต้องอยู่ในแนวเดียวกันอย่างระมัดระวัง ซึ่งไม่สามารถสร้างได้ง่ายๆบนขอบเขตที่มีการผสมผสาน ในการผสมผสานไอออนสองคู่ แสงเลเซอร์สองคู่จะต้องมีและดำเนินต่อไป คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้ได้จริงอาจต้องการกระบวนการซึ่งมีคิวบิตมากมายหลายพันหลายล้านตัว ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงเฝ้าดูเส้นทางการเปลี่ยนแปลงไอออนที่กักเก็บจำนวนมากโดยปราศจากลำแสงเลเซอร์จำนวนมากเช่นเดียวกัน
                ปี 2544 Christof Wunderlich และทีมงานในมหาวิทยาลัยแห่งเมืองฮัมบูร์กมีความคิดที่จะแทนที่เลเซอร์ด้วยคลื่นไมโครเวฟ และคลื่นวิทยุซึ่งสามารถนำไปผลิตและควบคุมได้ง่ายมากๆ รังสีบางอย่างได้ถูกนำมาใช้ก่อนหน้านี้เพื่อทำการทดลองการกักไอออนแต่ทว่าการใช้มันเพื่อการดำเนินการตรรกะควอนตัมเป็นแง่คิดแห่งการปฏิวัติที่สูงมาก นั่นก็เพราะว่า ชนิดของปฏิกิริยาซึ่งเป็นที่ต้องการสำหรับตรรกะแห่งควอนตัมมักจะอ่อนแอสำหรับรังสีชนิดนี้ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยได้แนะนำการเพิ่มสนามพลังแม่เหล็กเพื่อกระตุ้นการเกินปฏิกิริยา

                Magnetic muddle  (ความไม่เป็นระเบียบของสนามแม่เหล็ก)
                ที่โชคร้าย ความต้องการใช้สภาพซึ่งอ่อนไหวต่อสนามแม่เหล็กทำให้สภาพควอนตัมถูกทำลายได้ง่ายต่อการรบกวนสนามแม่เหล็กถูกพบรอบๆตัวเรา และทางเทคนิคซึ่งพิสูจน์แล้วว่าแก้ปัญหาได้ยาก ในปี 2008 นักฟิสิกส์ใน Ion Storage Group at the National Institute for Standards ans Technology (NIST) ใน Boulder, Colorado, ได้ทำการเสนอการจัดการเนินสนามแม่เหล็กและการใช้สนามแกว่งแทนซึ่งผลิตโดยแหล่งกำเนิดคลื่นไมโครเวฟ  ผลประโยชน์พบว่าสภาพควอนตัมที่ใช้ในโครงการนี้มีการทำลายรบกวนสนามแม่เหล็กและมีการแข็งแรงมากกว่า
ขณะนี้กลุ่มนักวิจัยทั้งสองกลุ่มได้ทำการรายงานความก้าวหน้าที่สำคัญไว้ในหนังสือ Nature กลุ่ม Wundedrlich ใน University of Siegen และ เพื่อนร่วมงานจาก Institute of Theoretical Physics in Ulm ได้ทำการผลิตสภาพ ขณะที่ยังคงมีความอ่อนไหวต่อเนินสนามแม่เหล็ก ยังพบว่ามีการทำลายต่อการรบกวนที่น้อยกว่า และ ดังนั้น ยังสามารถรักษาให้ยาวนานกว่าเป็นร้อยครั้ง ในเอกสารประกอบการแสดงความคิดเห็น Winfried Hensinger แห่ง University of Sussex ได้ทำการเปรียบเทียบรายการของกลุ่มกับระบบกันสั่นสะเทือนของรถ ซึ่งทำการลดการเชื่อมต่อของตัวรถกับล้อดังนั้นจึงการกระแทกถนนจึงไม่รบกวนคนขับ
                กลุ่ม NIST ขณะเดียวกัน ได้ไปไกลกว่านั้นและแสดงการดำเนินการตรรกะแห่งควอมตัมที่จำเป็น (ถึงแม้ว่าใช้เพียงสองควอบิต) โดยการใช้รังสีไมโครเวฟส่งผ่านตัวนำคลื่นเข้าไปในชิพ “เราได้ทำการผสมผสานด้านกลไกที่ทำการผสมผสานระหว่างไอออนสองตัวเข้าไปในโครงสร้างแห่งการกักเก็บ” Christian Ospelkaus ผู้ซึ่งทำการสร้างการทดลองร่วมกับสมาชิกใน NIST กล่าว “เราไม่ต้องการสร้างความซับซ้อนที่แท้จริง และ ระบบเลเซอร์ที่ทันสมัยรอบๆ แคมป์ เราแค่เพียงส่งกระแสอิเลคทรอนิคส์ผ่านตัวโครงสร้างกักเก็บและสร้างสนามที่มีการแกว่งไปมาและทำควอนตัมที่สอดคล้องที่เราต้องการ”
                Strong case for investment (จุดแข็งของการลงทุน)
                Hensinger กล่าวว่า การรายงานทั้งสองอย่างให้ความก้าวหน้าที่มีประโยชน์ต่อ ion-trap quantum computing “รายงานให้ประเด็นที่มีความเข้มแข็งน่าเชื่อถือสำหรับการลงทุนในช่วงเวลา คนและเงินผลักดันให้เทคโนโลยีอันนี้ก้าวไปข้างหน้า ถ้าคุณเป็นธนาคารคุณคงถามตัวเองว่าที่ไหนที่คุณต้องการจะลงทุน รายงานสองชิ้นนี้มีความเข้มแข็งและน่าเชื่อถือซึ่งการกักเก็บไอออนมีความสามารถที่สำคัญทีเดียว”
                งานได้ถูกบรรยายไว้ใน Nature ฉบับ 476 181 และ Nature 476 185
               
                About the author (เกี่ยวกับผู้แต่ง)
                Tim Wogan ซึ่งเป็นนักเขียนแนววิทยาศาสตร์ซึ่งมีถิ่นฐานในสหราชอาณาจักร