Cara revolusioner untuk menyimpan informasi sebagai gelombang suara

Komputasi kuantum, seperti komputasi tradisional, membutuhkan cara untuk menyimpan dan memproses informasi yang digunakannya. Di komputer yang Anda gunakan sekarang, informasi harus disimpan – apakah itu gambar anjing Anda, pengingat ulang tahun teman, atau kata-kata yang Anda ketik di bilah alamat browser Anda. di suatu tempat. Komputasi kuantum, bidang yang relatif baru, masih mengeksplorasi di mana dan bagaimana informasi kuantum disimpan.

Cara inovatif untuk menyimpan informasi kuantitatif

Dalam sebuah makalah yang baru-baru ini diterbitkan di jurnal fisika alamMohammad Mir Hosseini, asisten profesor teknik elektro dan fisika terapan di Caltech, mendemonstrasikan metode baru yang dikembangkan labnya untuk menerjemahkan keadaan kuantum listrik menjadi suara dan sebaliknya secara efisien. Jenis terjemahan ini memungkinkan penyimpanan informasi kuantum yang disiapkan oleh komputer kuantum masa depan, yang kemungkinan dibuat dari sirkuit listrik.

Mohammad Mir Hosseini dan timnya mempresentasikan cara inovatif untuk menyimpan informasi kuantum dengan menerjemahkan keadaan kuantum listrik menjadi suara. Teknik baru menggunakan fonon dan menghindari hilangnya energi yang terkait dengan metode sebelumnya. Ini memungkinkan waktu penyimpanan yang lebih lama dan merupakan kemajuan besar dalam komputasi kuantum. Kredit: Ilustrasi Maayan

Metode ini menggunakan apa yang dikenal sebagai fonon, yang merupakan ekuivalen akustik dari sebuah partikel cahaya yang disebut a Foton. (Ingat bahwa dalam mekanika kuantum, semua gelombang adalah partikel dan sebaliknya.) Eksperimen mencari fonon untuk menyimpan informasi kuantum karena relatif mudah untuk membuat perangkat kecil yang dapat menyimpan gelombang mekanis ini.

Penggunaan gelombang suara untuk menyimpan informasi

Untuk memahami bagaimana gelombang suara dapat menyimpan informasi, bayangkan sebuah ruang yang sangat beresonansi. Sekarang, misalkan Anda perlu mengingat daftar belanjaan Anda untuk sore hari, jadi Anda membuka pintu kamar itu dan berteriak, “Telur, bacon, dan susu!” Dan tutup pintunya. Satu jam kemudian, saat tiba waktunya untuk pergi ke toko kelontong, Anda membuka pintu, membenturkan kepala ke dalam, dan mendengar suara Anda terus mengulang, “Telur, bacon, dan susu!” Anda baru saja menggunakan gelombang suara untuk menyimpan informasi.

Muhammad Mir Hosseini. Kredit: Institut Teknologi California

Tentu saja, di dunia nyata, gema seperti ini tidak akan bertahan lama, dan suaramu mungkin akan terdistorsi sehingga kamu tidak bisa lagi membentuk kata-katamu sendiri, belum lagi menggunakan seluruh ruangan untuk menyimpan sedikit data. menjadi konyol. Solusi tim peneliti adalah perangkat kecil yang terdiri dari pelat fleksibel yang bergetar dengan gelombang suara pada frekuensi yang sangat tinggi. Ketika muatan listrik ditempatkan pada pelat tersebut, mereka dapat berinteraksi dengan sinyal listrik yang membawa informasi kuantum. Ini memungkinkan informasi ini dimasukkan ke dalam perangkat untuk disimpan, dan dikeluarkan untuk digunakan nanti – tidak seperti pintu kamar yang Anda teriakkan sebelumnya di cerita ini.

Penelitian sebelumnya dan perkembangan baru

Menurut Mohammad Mir Hosseini, penelitian sebelumnya telah menyelidiki jenis material khusus yang dikenal sebagai piezoelektrik sebagai alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dalam aplikasi kuantum.

“Bahan-bahan ini cenderung, bagaimanapun, menyebabkan hilangnya energi pada gelombang listrik dan suara, dan kehilangan adalah pembunuh besar di dunia kuantum,” kata Mirhosseini. Sebaliknya, metode baru yang dikembangkan oleh Mir Hosseini dan timnya tidak tergantung pada sifat bahan tertentu, yang membuatnya kompatibel dengan perangkat kuantum bersertifikat, yang didasarkan pada gelombang mikro.

Kesimpulan: perkembangan dan tantangan

Menciptakan perangkat penyimpanan yang efisien dengan footprint kecil telah menjadi tantangan praktis lainnya bagi para peneliti yang bekerja dalam aplikasi kuantum, kata Alchem ​​​​Bozkurt, seorang mahasiswa pascasarjana di kelompok Mirhoseni dan penulis utama makalah tersebut.

“Namun, metode kami memungkinkan penyimpanan informasi kuantum dari sirkuit listrik untuk periode hingga dua kali lipat lebih lama daripada perangkat mekanis kompak lainnya,” tambahnya.

Referensi: “Antarmuka Elektromekanis Kuantum untuk Fonon Umur Panjang” Oleh Alchem ​​​​Bozkurt, Han Zhao, Chaitaly Joshi, Henri G. Leduc, Peter K. Day, dan Mohamed Mirhseni, 22 Juni 2023, Tersedia Di Sini. fisika alam.
DOI: 10.1038/s41567-023-02080-w

Rekan penulis adalah Chaitali Joshi dan Han Zhao, keduanya peneliti postdoctoral di bidang teknik elektro dan fisika terapan. dan Peter Day dan Henri Leduc, ilmuwan di Jet Propulsion Laboratory, yang dioperasikan oleh California Institute of Technology. NASA. Penelitian ini didanai sebagian oleh Program Beasiswa KNI-Wheatley.