به گفته دانشمندان، نوع جدیدی از یخچال کوانتومی مستقل می‌تواند به رایانه‌های کوانتومی افزایش عملکرد عمده بدهد و آنها را قابل اعتمادتر کند.

نتایج پژوهش منتشرشده در نشریه فیزیک نیچر (Nature Physics) نشان داد، محققان با موفقیت یک کیوبیت را با استفاده از یخچال کوانتومی که گرمای آن توسط حمام‌های حرارتی تشعشعات مایکروویو تامین می‌شد، تا ۲۲ میلی‌کلوین (منفی ۴۵۹.۶۳ درجه فارنهایت یا منفی ۲۷۳.۱۳ درجه سانتی‌گراد) خنک کردند؛ این کمترین دمایی است که کیوبیت‌ها تاکنون به آن رسیده‌اند.

دانشمندان اظهار کردند: این روش راه را برای محاسبات کوانتومی مطمئن‌تر و بدون خطا که نیاز به اضافه بار سخت‌افزاری کمتری دارند، هموار می‌کند.

رایانه‌های کوانتومی باید تا دمای بسیار پایین خنک شوند تا دانشمندان بتوانند از ویژگی‌های کوانتومی بهره ببرند و محاسباتی را انجام دهند، زیرا حتی کوچک‌ترین اختلال محیطی می‌تواند حالت کوانتومی آنها را تغییر دهد و باعث ایجاد خطا شود. این مورد برای کیوبیت‌های ابررسانا -مورد استفاده در تراشه‌های ۱۰۰۰ کیوبیتی پردازنده آی‌بی‌ام کندور- که برای حفظ پایداری باید در دمای نزدیک به صفر مطلق (صفر کلوین، منفی ۴۵۹.۶۷ فارنهایت یا منفی ۲۷۳.۱۵ درجه سانتی‌گراد) کار کنند، بسیار مهم است.

خنک کردن کیوبیت‌ها تا نزدیک به صفر مطلق، آنها را در کمترین حالت انرژی ممکن قرار می‌دهد که به‌عنوان حالت پایه شناخته می‌شود. در این حالت، کیوبیت‌ها احتمالا خواص کوانتومی خود را به اندازه کافی حفظ می‌کنند تا محاسبات را با دقت انجام دهند.

این سیستم جدید، یخچال رقیق‌سازی معمولی را تکمیل می‌کند که از گازهای هلیوم برای جذب گرما از طریق فرآیند رقیق‌سازی استفاده می‌کنند و می‌توانند کیوبیت‌ها را به حدود ۵۰ میلی‌کلوین با خنک کردن کیوبیت‌ها بیشتر، به جای جایگزین کردن آنها کاهش دهند. این کار با به کارگیری انرژی از مخازن گرمایی ایجاد شده با استفاده از تشعشعات مایکروویو انجام که سپس به یکی از دو کیوبیت یخچال کوانتومی هدایت می‌شود. انرژی حاصل از محیط حرارتی که از طریق یکی از دو کیوبیت یخچال کوانتومی هدایت می‌شود، گرما را از کیوبیت هدف به کیوبیت دوم یخچال کوانتومی که سرد است پمپ می‌کند.

دانشمندان با استفاده از این روش، احتمال قرار گرفتن کیوبیت در حالت پایه قبل از محاسبه را به ۹۹.۹۷ درصد افزایش دادند. این عملکرد در مقایسه با احتمالات بین ۹۹.۸ تا ۹۹.۹۲ درصد قرار دارد که با فناوری‌های قبلی به دست آمده و ممکن است تفاوت کوچک به نظر برسد، اما هنگام انجام محاسبات چندگانه، باعث افزایش کارایی در راندمان رایانه‌های کوانتومی می‌شود و بر خلاف یخچال‌های رقیق‌سازی کوانتومی که بسیار پیچیده و مقیاس‌پذیری آن‌ها دشوار است، سیستم جدید حرارتی مستقل است، به این معنی که پس از راه‌اندازی نیازی به کنترل خارجی ندارد؛ این یافته‌ها از انتظارات اولیه محققان فراتر رفت.

نتایج مقاله«مطالعۀ زمان حد سرعت کوانتومی در یک محیط کوانتومی بحرانی» منتشرشده در پایگاه مرکز اطلاعات علمی جهاد دانشگاهی حاکی از این است که مکانیک کوانتومی قانون بنیادی در طبیعت بر روی سرعت تحول یک فرایند کوانتومی حد می‌گذارد. کوتاه‌ترین زمان لازم برای تحول سیستم از یک حالت اولیه به حالت هدف را زمان حد سرعت کوانتومی می‌گویند و محاسب زمان حد سرعت کوانتومی برای سیستم‌های کوانتومی باز و بسته موضوع بسیاری از کارهای علمی در نظریه اطلاعات کوانتومی محسوب می‌شود. 

بر اساس نتایج منتشرشده، زمان حد سرعت کوانتومی رابطه معکوس با سرعت تحول یک فرایند کوانتومی دارد. این رابطه به این صورت است که با افزایش زمان حد سرعت کوانتومی, میزان سرعت تحول کاهش پیدا می‌کند و برعکس. در این پژوهش زمان حد سرعت کوانتومی را برای حالتی که در آن یک کیوبیت با یک محیط بحرانی برهم کنش دارد مورد مطالعه قرار گرفت. 

پژوهشگران دریافتند، زمان حد سرعت کوانتومی با همدوسی حالت اولیه رابط مستقیم دارد. همچنین اثرات جفت‌شدگی محیط و سیستم را بر روی زمان حد سرعت کوانتومی مورد بررسی قرار گرفت که با افزایش جفت‌شدگی زمان حد، سرعت کوانتومی کاهش پیدا کرد و با افزایش تعداد اسپین‌ها در زنجیره اسپینی زمان حد سرعت کوانتومی نزول کرد.

انتهای پیام