عنوان سمینار: پردازش اطلاعات کوانتومی با استفاده از تله های یونی مرکز تحقیقاتی نانوپترونیکس عنوان سمینار: پردازش اطلاعات کوانتومی با استفاده از تله های یونی

سازماندهی ارائه جمع بندی مقدمه معیار های یک پردازنده ی کوانتومی فیزیک پردازنده ی تله یونی کوبیت ها، مقدار دهی اولیه و روش خواندن اطلاعات از پردازنده ی تله یونی جمع بندی معیار دی ویچننزو انواع کوبیت ها و مقدار دهی با خنک سازی لیزری تله ی یونی پال 2/20

پردازنده: از چرتکه تا بیت های کوانتومی! مساله ی دهم هیلبرت 1900: آیا الگوریتمی وجود دارد که بتواند تعیین کند که یک معادله جواب دارد یا خیر؟ تورینگ در پاسخ به این سوال ماشین انتزاعی تورینگ را برای محاسبه ی الگوریتمی ابداع کرد که مبنای رایانش کلاسیک می باشد. نظریه ی محاسبات کوانتومی نیز نتوانست نظریه ی ماشین تورینگ را نقض کند. جمع بندی کوبیت ها،... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 3/20

معیار های دی وینچنزو (شرایط پردازنده ی کوانتومی) در اختیار داشتن یک مجموعه کوبیت که خواص آنها را می شناسیم. به عنوان مثال اگر از تراز های یک اتم به عنوان کوبیت استفاده می شود، باید شناسایی کاملی از طیف آن اتم داشته باشیم.   امکان انجام یک مجموعه گیت های کوانتومی یونیورسال یا عام. کامپیوتر کوانتومی به کمک این مجموعه گیت ها می تواند هرعمل یکانی را با تقریب دلخواه روی هر حالت داده شده اولیه اعمال کند. داشتن زمان وادوسی بالا برای کیوبیت ها در مقایسه با زمان عمل گیت ها جمع بندی کوبیت ها، و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 4/20

چگونه می توان یک یون را به تله انداخت؟ (Paul trap) قضیه ی Earn Shaw (1842) : نمی توان مجموعه ای از ذرات باردار را تحت اثر نیروی الکترو استاتیکی در حالت پایدار سه بعدی نگه داشت. جمع بندی کوبیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 5/20

چگونه می توان یک یون را به تله انداخت؟ (Paul trap) از میدان الکتریکی دینامیکی برای برای به دام انداختن ذرات باردار استفاده می شود. Wolfgang Paul در سال 1989 به ابداع این روش جایزه ی نوبل دریافت کرد. این روش به تله ی یونی 4 قطبی نیز شناخته می شود. جمع بندی کوبیت ها، گیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 6/20

حرکت ذره ی باردار در تله ی 4-قطبی در صفحه xy (حرکت حول مرکز) جمع بندی کوبیت ها، گیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 7/20

حرکت ذره ی باردار در تله ی 4-قطبی در جهت Z جمع بندی کوبیت ها، گیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 8/20

معیار های یک پردازنده ی کوانتومی کوبیت ها دو روش برای پیاده سازی کوبیت ها وجو دارد. روش اول استفاده از حالت پایه یون و یک حالت کم ثبات (metastable) که با تحریک نوری بوجود می آید. کوبیت نوری استفاده از دو زیر سطح زیمان (Zeeman subleveles) حالت پایه می باشد. جمع بندی کوبیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه کوبیت فوق ظریف 9/20

معیار های یک پردازنده ی کوانتومی کوبیت ها حالات داخلی یون ها (Internal states of ions) به عنوان کوبیت در نظر گرفته می شود. برای تولید رجیسترهای چند کوبیتی رشته ای از یونها که در اندرکنش کولمبی هستند، استفاده می شود جمع بندی کوبیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 10/20

معیار های یک پردازنده ی کوانتومی کوبیت ها(ادامه)     Metastable state ground state جمع بندی کوبیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 11/20

مقدار دهی اولیه کوبیت ها مقدار دهی اولیه به معنای تغییر حالت کوبیت ها به حالت پایه می باشد که دارای دو مرحله است. 1) بردن حالت کوبیت به یکی از حالات زیمان پایه 2) خنک کردن حالات جنبشی کوبیت ها با استفاده از لیزر جمع بندی کوبیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 12/20

معیار های یک پردازنده ی کوانتومی 1)بردن حالت کوبیت به حالت پایه ی زیمان با استفاده از پمپ نوری (Optical pumping) مقدار دهی اولیه به معنای تغییر حالت کوبیت ها به حالت پایه می باشد که به دو روش امکان پذیر است. a) با تشدید قطبی لیزری b) با تحریک لیزری دارای فرکانس گذار جمع بندی کوبیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 13/20

خنک سازی حالات جنبشی (خنک سازی دوپلر) خنک سازی حالات جنبشی کوبیت ها به معنای کاهش عدد فونونی یون ها به صفر می باشد. این انرژی جنبشی ناشی از ارتعاش شبکه می باشد. این کار با استفاده از لیزر و در دو مرحله انجام می گیرد:   جمع بندی کوبیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 14/20

خنک سازی حالات جنبشی (خنک سازی دوپلر) به خاطر اثر دوپلر احتمال جذب فوتونی که در حال نزدیک شدن به یون می باشد، بیشتر است. در حالی که طیف گسیل در تمام جهات یکسان بوده و isotropic می باشد. این کار باعث از دست رفتن تکانه ی یون می شود. جمع بندی کوبیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 15/20

خنک سازی حالات جنبشی (خنک سازی کنار باندی) این روش مکمل خنک سازی دوپلر برای رساندن عددفونونی به تقریبا صفر می باشد.     جمع بندی کوبیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 16/20

معیار های یک پردازنده ی کوانتومی خواندن (Readout) اندازه گیری حالت یک کوبیت درون یک رجیستر از روش طبقه بندی الکترون (electron shelving method) انجام می گیرد.     جمع بندی کوبیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 17/20

معیار های یک پردازنده ی کوانتومی جمع بندی با استفاده از یک میدان الکتریکی امکان به تله انداختن ذرات باردار وجود دارد. تراز های انرژی یونهای به تله افتاده می تواند نماینده ی خوبی برای کوبیت ها باشد. برای مقدار دهی اولیه ی کوبیت ها از خنک سازی لیزری استفاده می شود. با استفاده از روش خنک سازی دوپلر می توان به دماهای میکرو کلوین دست یافت. با استفاده از روش خنک سازی کنار باندی می توان به دماهای در حدود نانو کلوین رسید. برای خواندن محتوای کوبیت ها از تاباندن لیزر با طول موجی معین و تحریک یون استفاده می شود. جمع بندی کوبیت ها، گیت ها و ... فیزیک تله ی یونی معیار های یک پردازنده ی کوانتومی مقدمه 18/20

مراجع [1] M.Nakahara & T.Ohmi, “QUANTUM COMPUTING:From Linear Algebra to Physical Realizations”, CRC Press 2008 [2] M. A. Nielsen & I.L. Chuang, “Quantum Computation and Quantum Information”, Cambridge University Press, 2010 [3] P. Schindler et al, “Quantum Computation and Quantum Information”, [quant-ph] 14 Aug 2013 19/20

سؤال؟ 20/20