نرم افزار منبع باز برای سرعت بخشیدن به تحقیقات کوانتومی -- ScienceDaily
انتشار: خرداد 30، 1402
بروزرسانی: 23 تیر 1404

نرم افزار منبع باز برای سرعت بخشیدن به تحقیقات کوانتومی -- ScienceDaily

تحقیقات پایه در مواد کوانتومی پایه و اساس تمام نوآوری های فناوری کوانتومی است، از تولد ترانزیستور در سال 1947، از طریق لیزر در دهه 1960 تا کامپیوترهای کوانتومی امروزی. با این حال، آزمایش ها بر روی مواد کوانتومی اغلب برای توسعه و انجام بسیار نیازمند منابع هستند، آماده سازی آنها سال ها طول می کشد و عمدتاً نتایجی را تولید می کنند که تفسیر آنها دشوار است. اما اکنون تیمی از محققان در Chalmers نرم افزار منبع باز SuperConga را توسعه داده اند که استفاده از آن برای همه رایگان است و به طور خاص برای انجام شبیه سازی ها و تحلیل های پیشرفته اجزای کوانتومی طراحی شده است. این برنامه در سطح مزوسکوپی عمل می کند، به این معنی که می تواند شبیه سازی هایی را انجام دهد که می تواند ویژگی های عجیب ذرات کوانتومی را "برداشته" کند و همچنین آنها را در عمل اعمال کند. کد منبع باز اولین در نوع خود در جهان است و انتظار می رود که بتواند ویژگی های ابررسانایی کاملاً جدیدی را کشف کند و در نهایت راه را برای رایانه های کوانتومی هموار کند که می توانند از محاسبات پیشرفته برای مقابله با چالش های اجتماعی در چندین زمینه استفاده کنند.

پاتریک می گوید: "ما می خواهیم در مورد سایر ویژگی های هیجان انگیز ابررساناهای غیر متعارف بدانیم. نرم افزار ما قدرتمند، آموزشی و کاربرپسند است و امیدواریم که به ایجاد درک جدید و پیشنهاد برنامه های کاملاً جدید برای این ابررساناهای ناشناخته کمک کند." هولموال، محقق فوق دکترا در فیزیک ماده چگال در دانشگاه اوپسالا.

در حال حاضر اغلب از مدل های بسیار ساده شده مبتنی بر مقیاس میکروسکوپی یا ماکروسکوپی استفاده می شود. این بدان معناست که آنها قادر به شناسایی تمام فیزیک های مهم نیستند یا نمی توانند در عمل از آنها استفاده کنند. با این نرم افزار رایگان، ما می خواهیم آن را بسازیم. توماس لوفواندر، پروفسور فیزیک کوانتومی کاربردی در چالمرز می گوید: «برای دیگران آسان تر می توانند تحقیقات کوانتومی خود را بدون نیاز به اختراع مجدد چرخ ها در هر بار تسریع و بهبود بخشند.»



منبع انتظار می رود فناوری کوانتومی بسیاری از حوزه های کلیدی جامعه را به طور اساسی تغییر دهد. محققان متقاعد شده اند که خواص و کاربردهای کوانتومی بسیار مفیدتری نسبت به آن هایی که امروزه می شناسیم برای کشف وجود دارد. تیمی از محققان در دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد اکنون نرم افزار منبع باز و رایگان در دسترس را توسعه داده اند که راه را برای اکتشافات جدید در این زمینه هموار می کند و تحقیقات کوانتومی را به میزان قابل توجهی سرعت می بخشد.

تمایل به تسهیل زندگی برای محققان و دانشجویان کوانتومی

کد منبع باز برای کشف خواص ابررسانای جدید

برای اینکه بتوانیم اکتشافات جدید انقلابی را کشف کنیم، به ابزارهایی نیاز داریم که بتوانند ویژگی های کوانتومی خارق العاده را در حداقل سطح ذره مورد مطالعه و استفاده قرار دهند، و همچنین می توانند به اندازه کافی بزرگ شوند تا در عمل مورد استفاده قرار گیرند. محققان باید در مقیاس مزوسکوپی کار کنند. این در حد فاصل بین مقیاس میکروسکوپی قرار دارد، یعنی سطح اتمی که هنوز می توان از خواص کوانتومی ذرات استفاده کرد، و مقیاس ماکروسکوپی که اجسام روزمره را در دنیای ما اندازه گیری می کند که بر خلاف ذرات کوانتومی، تابع قوانین هستند. فیزیک کلاسیک با توجه به توانایی نرم افزار برای کار در این سطح مزوسکوپی، محققان Chalmers اکنون امیدوارند زندگی را برای محققان و دانشجویانی که با فیزیک کوانتومی کار می کنند آسان تر کنند.

انتظار می رود ظرف چند دهه، فناوری کوانتومی به یک فناوری کلیدی در زمینه هایی مانند سلامت، ارتباطات، دفاع و انرژی تبدیل شود. قدرت و پتانسیل این فناوری در خواص عجیب و بسیار ویژه ذرات کوانتومی نهفته است. ویژگی های ابررسانایی ذرات کوانتومی که رسانایی کامل با خواص مغناطیسی منحصربه فرد را به اجزا می دهد، مورد توجه محققان این حوزه است. این ویژگی های ابررسانا امروزه معمولی در نظر گرفته می شوند و راه را برای فناوری های کاملاً جدیدی که در کاربردهایی مانند تجهیزات تصویربرداری تشدید مغناطیسی، قطارهای مغناطیسی و اجزای کامپیوتر کوانتومی استفاده می شوند، هموار کرده اند. با این حال، سال ها تحقیق و توسعه باقی می ماند تا اینکه بتوان انتظار داشت که یک کامپیوتر کوانتومی مشکلات محاسباتی واقعی را در عمل حل کند. جامعه تحقیقاتی متقاعد شده است که اکتشافات انقلابی بسیار بیشتری در فناوری کوانتومی نسبت به آنچه امروز می شناسیم وجود دارد.

این ابررساناهای جدید همچنان مواد بسیار معمایی هستند -- درست مانند خواهر و برادرهای معمولی آنها زمانی که بیش از صد سال پیش در آزمایشگاه کشف شدند. پس از آن کشف، بیش از 40 سال طول خواهد کشید تا محققان بتوانند آنها را به صورت تئوری توصیف کنند. محققان Chalmers اکنون امیدوارند که کد منبع باز آنها بتواند به یافته ها و زمینه های کاربردی کاملاً جدید کمک کند.

"ما به طور خاص به ابررساناهای غیر متعارف علاقه مندیم که از نظر نحوه عملکرد و ویژگی های آنها یک معما هستند. ما می دانیم که آنها دارای ویژگی های مطلوبی هستند که اجازه می دهد اطلاعات کوانتومی در برابر تداخل و نوسانات محافظت شود. تداخل چیزی است که در حال حاضر وجود دارد. میکائیل فوگلستروم، پروفسور فیزیک نظری در چالمرز می گوید: ما را از داشتن یک کامپیوتر کوانتومی که بتوان در عمل استفاده کرد، محدود می کند.