فیزیکدانان بلوکی از رایانه‌های کوانتومی طراحی کردند.

[parisa]

فیزیکدانان بلوکی از رایانه‌های کوانتومی طراحی کرده‌اند که با صوت کار می‌کند. چگونگی برهمکنش نور با ماده را الکترودینامیک کوانتومی یا QED می‌نامیم که یکی از موفقیت‌های برجسته فیزیک قرن بیستم است.

​

امروزه، چنین نظریه‌ای در قلب فناوری نوظهور مدار-QED قرار دارد که در آن فوتون‌ها روی یک تراشه سیلیکونی به دام می‌افتند؛ این تراشه به نحوی ساخته شده تا فوتون‌ها با ابزارهای ابررسانا که اتم های ممصنوعی نامیده می‌شوند، برهمکنش کنند. این اتم‌ها هم درست مانند اتم‌های واقعی ترازهای انرژی گوناگونی دارند. این‌ها، ابزاری خوب برای اطلاعات کوانتومی است. قطعات مدار-QED، با تبدیل مکرر نور به ماده و بالعکس، اطلاعات کوانتومی را مدیریت می‌کنند. چون این اتفاقات روی یک تراشه تنها اتفاق می‌افتد، منجر به کنترلی بی‌سابقه می‌گردد. اما راه دیگری هم برای پردازش اطلاعات کوانتومی وجود دارد که می تواند به همان اندازه امیدبخش باشد. به جای اتکا بر نور، از بسته‌های کوانتومی صوت یعنی فونون استفاده کنیم. فونون‌ها نوسانات کوانتومی هستند که در شبکه [بلوری] مواد سفر می‌کنند که بسیار شبیه عبور صدا در هوا است. معمولا فونون‌ها آشفته و ناهمدوس و به صورت گرما و نویز هستند؛ یعنی چیزهایی که معمولا می‌خواهیم آن‌ها را به حداقل برسانیم یا کاملا حذفشان کنیم. اما در سال‌های اخیر، فیزیکدانان در پی راه‌هایی برای ساخت و دام‌اندازی فونون‌ها هستند تا آن‌ها را همدوس کنند. این کار به آن‌ها ایده‌های جذابی داده است. چون نوسان اساسا همان گرما است، این نوع از کنترل منجر به سازوکارهای خنک‌سازی بدیع در مقایس نانو می‌شود. چون هر جسم کوانتومی می‌تواند اطلاعات کوانتومی حمل کند، فیزیکدانان بسیاری به راه‌های استفاده از فونون در محاسبات کوانتومی فکر می‌کنند. اما قبل از آن، نیاز به راهی برای مدیریت اطلاعات کوانتومی و حمل فونون‌ها دارند و هنوز هیچکس راه خوبی برای این کار ندارد. هر چند روسکو روسکوف[1] و چارلز تاهان[2] در دانشگاه مریلند می گویند، می دانند این کار را چطور انجام دهند. ایده آن‌ها معادل فونونیکی مدار-QED است. بنابراین به جای دام‌اندازی فوتون در یک کاواک و وادار کردنش به برهمکنش با اتم مصنوعی، می‌خواهند این کار را با فونون ها انجام دهند: فونودینامیک کوانتومی. این طرح نسبتا سرراست است. آن ها یک غشای سیلیکونی(یک بلور سیلیکون یک بعدی با حدود 200 نانومتر ضخامت) می‌سازند. ویژگی‌های این غشا همانند نوع جدیدی از موجبر برای هدایت فونون ها است. آن‌ها فونون را با حرکت لیزر روی این غشا قرار می‌دهند و با این کار یک بسته کوانتومی از نوسان را در شبکه ارسال می‌کنند. یک اتم گیر افتاده در یک کاواک نوری، اتم تنهایی از بورون یا آلومینیوم است که شبکه را از شکل طبیعی خارج می‌کند. همین تغییر شکل است که با فونون برهمکنش می‌کند.
هرچند، فیزیکدانان می‌توانند از میدان مغناطیسی خارجی برای ایجاد تغییر شکل استفاده کنند و سطوح انرژی متعددی را تغییر دهد. این تغییرات روش برهمکنش فونون را به شکلی تغییر می دهد که اطلاعات کوانتومی حمل شده را پردازش می کند. در نهایت، فونون به ناحیه دیگر شبکه سیلیکون می‌رود که گاف انرژی قابل کنترلی دارد، در این جا فونون به فوتون تبدیل می شود. نقشه خوبی به نظر می‌رسد. فیزیکدانان می‌دانند که مدار-QED راهی قدرتمند برای مدیریت اطلاعات کوانتومی است. بنابراین تنها سوال باقیمانده، امکان طراحی فونودینامیک کوانتومی است. البته روسکوف و تاهان، به خاطر دشواری این کار، آن را «دستاورد اصلی» می‌نامند. پردازش اطلاعات کوانتومی محیطی شلوغ با ایده‌ها، نقشه‌ها و قطعات زیاد است که گروه های مختلف برای جذابیت و تامین هزینه بیشتر با هم مسابقه می‌دهند. فونونیک حوزه‌ای در حال ظهور با کاربردهای گسترده در محاسبات است و ما با علاقه به پشرفت آن خواهیم نگریست. منبع: How to build a phononic computer, The Physics arXiv Blog, August 13, 2012, link