دانشمندان با متوقف کردن نور، کامپیوتر های کوانتومی را یک قدم به واقعیت نزدیک تر کردند

این آزمایش که در قالب یک مقاله چاپ شده است، از یک شبیه‌سازی کامپیوتری الهام گرفته شده است که توسط محقق ارشد جسی اورت (Jesse Evert) از دانشگاه ملی استرالیا اجرا شده بود. محققان در این آزمایش از ابری بخاری از اتم‌های فوق سرد روبیدیوم استفاده کردند تا یک تله‌ی نور بسازند تا پرتو لیزر مادون قرمز را به درون آن بتابانند. این تله‌ی نور به طور مداوم نور را ساطع می‌کرد و دوباره آن تابش را به دام می‌انداخت.

اورت می‌گوید:

این واضح است که نور به دام افتاده است، چرا که فوتون‌هایی (ذرات سازنده‌ی نور) وجود دارند که در اطراف اتم‌ها در حال انتشار و گردش هستند. اتم‌ها تعدادی از فوتون‌ها را جذب می‌کنند اما تعداد قابل توجهی از فوتون‌ها درون ابر اتمی منجمد می‌شوند و از حرکت باز می‌ایستند.

اگرچه این نخستین بار نیست که فیزیک‌دانان نور را متوقف کرده‌اند، اما آزمایش یاد شده، نخستین آزمایشی محسوب می‌شود که برای اثبات پایدار بودن نور محبوس، طراحی شده است. تصویربرداری از یک سمت ابر اتمی، راهکاری برای تایید این نظریه است.

اینکه دانشمندان اکنون می‌توانند نور را متوقف کنند پیشرفت هیجان انگیزی است، چرا که این دستاورد، امکان دستکاری با دقت بسیار زیاد در برهم‌کنش بین اتم و نور را فراهم می‌کند و در نتیجه باعث پیشرفت گیت‌های منطقی کوانتومی می‌شود، این گیت‌ها از اجزای سازنده‌ی کامپیوتر‌های کوانتومی به شمار می‌روند.

کامپیوتر‌های الکترونیکی معمولی با واحد‌هایی از داده به نام بیت کار می‌کنند. این بیت‌ها بسته به عبور یا عدم عبور جریان از درون سیم می‌توانند روشن یا خاموش باشند که ما آن‌ها را به صورت حالت‌های صفر و یک در نظر می‌گیریم. در کامپیوتر‌های معمولی گیت‌های منطقی مدار‌های الکترونیکی هستند که می‌توانند حالت‌های روشن و خاموش حاصل از ورود یک یا دو جریان را با هم مقایسه کنند. سپس یک جریان خروجی که با ترکیب جریان‌های ورودی مطابقت دارد، ارسال می‌کنند. بیشتر مدار‌های دیجیتالی پیچیده از این گیت‌های منطقی استفاده می‌کنند.

در واقع چون رفتار نور پیچیده است، بیت‌های کوانتومی که به اختصار کیوبیت نامیده می‌شوند می‌توانند حالت‌های پیچیده‌تری نسبت به بیت‌های الکترونیکی ایجاد کنند. اگر به درستی به محاسبات کوانتومی دست پیدا کنیم، خواهیم توانست علاوه‌ بر کیوبیت‌های‌ صفر و یک، هر دو کیوبیت را نیز به طور همزمان داشته باشیم.

یکی از دستاورد‌های هیجان انگیز محاسبات کوانتومی، توانایی دستیابی به حالت‌های چندگانه است که امکان انجام همزمان تعداد زیادی عملیات متفاوت با سرعتی باورنکردنی را فراهم می‌کند، با این حال هنوز هم در جست‌ و جوی گیت منطقی کوانتومی قابل اطمینان و ارتقاپذیری هستیم که امکان برقراری ارتباط با دو کیوبیت را به صورت همزمان داشته باشد، به همین دلیل است که در جست و جوی راهی برای استفاده از فوتون‌ها و برهم‌کنش آن‌ها با یکدیگر هستیم.

یکی از محققان این گونه توضیح می‌دهد که تا زمانی که فوتو‌ن‌ها با سرعت نور و بدون هیچ برهم‌کنشی از کنار هم عبور می‌کنند، اتم‌ها به سهولت با هم برهم‌کنش می‌کنند. بنابراین محبوس کردن گروهی از فوتون‌ها در ابری از اتم‌های فوق سرد، فرصت برهم‌کنش آن‌ها را افزایش می‌دهد.

کامپیوترهای نوری-کوانتومی به راحتی می‌توانند از طریق فیبرهای نوری با یکدیگر متصل شده و در مدیریت داده‌های کلان در زمینه‌های پزشکی، دفاعی، ارتباطات و سرویس‌های مالی انقلابی برپا کنند.

اورت می‌گوید:

اگرچه محاسبات نوری-کوانتومی هنوز راهی طولانی در پیش دارد، اما آزمایش موفقیت‌آمیز متوقف کردن نور ما را در این مسیر بسیار جلو می‌برد.

در پایان لازم به ذکر است که نتیجه‌ی این مطالعات در ژورنال Nature Physics چاپ شده است.