Newswise – طیف وسیعی از تحقیقات وجود دارد، از تحقیقات فلسفی – “اطلاعات چیست؟” – تا روزمره – “من آن آچار را کجا گذاشتم؟”
برای دانشجوی فارغ التحصیل کلویی واشاباگ، لذتی در همه وجود دارد.
دانشجویی در دانشگاه شیکاگو در حال تحصیل در مقطع دکترا. در مهندسی کوانتوم در دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر و یکی از همکاران در Q-NEXTWashabaugh یک مرکز ملی تحقیقات اطلاعات کوانتومی اطلاعات کوانتومی وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) به رهبری آزمایشگاه ملی آرگون DOE، مولکول‌ها را به پردازنده‌های کوچک اطلاعات کوانتومی تغییر می‌دهد و آنها را برای حس کردن، ارسال یا ذخیره داده‌ها بدون توجه به نیاز طراحی می‌کند.
چیزی که واقعاً من را در مورد این رشته هیجان زده می کند، جدید بودن آن است. احساس یک لحظه تاریخی است. … ما باید میدان رو به رشد اطلاعات کوانتومی را طوری شکل دهیم که بهترین انقلاب تکنولوژیکی باشد – هر طور که بخواهید «بهترین» را تعریف کنید.» – کلوئی واشاباو، شیکاگو
به عنوان یک مهندس مولکولی، Washabaugh باید ماهیت اطلاعات را کشف کند، معمایی که او را در وهله اول به تحقیقات کوانتومی کشاند. چه اطلاعاتی پشت آن است؟ چگونه بیان می شود؟ چگونه می توانیم مولکول ها را برای پردازش آن دستکاری کنیم؟
او حتی در حالی که در آزمایشگاه برای یافتن پیچ‌های گمشده جستجو می‌کند، به این سؤالات هولناک فکر می‌کند.
او با خنده گفت: «من زمان زیادی را روی دست‌ها و زانوهایم می‌گذرانم و زیر میز به دنبال پیچی می‌گردم که رها کرده‌ام، یا به‌دنبال نحوه ساخت یک ساختار پشتیبانی برای اپتیک‌ها یا تعمیر سیستم‌های خلاء هستم.»
Washabaugh در حالی که آن را واقعی نگه می داشت، به چیزی که انتظار می رود یکی از بزرگترین دستاوردهای علمی قرن باشد کمک کرد – مهندسی اطلاعات کوانتومی. دانشمندان با رمزگذاری داده‌ها در ویژگی‌های خاص مقیاس اتمی ماده، فناوری اطلاعات را متحول می‌کنند. انتظار می‌رود در دهه‌های آینده، فناوری‌های کوانتومی مرزهای آنچه را که می‌توان در مراقبت‌های بهداشتی، مالی و ارتباطات به دست آورد، جابه‌جا کرد.
این یک روش کاملاً جدید برای مدیریت اطلاعات دیجیتال است. فناوری امروزی اطلاعات را به صورت یک کد باینری – 0 یا 1 – نشان می دهد که می تواند به عنوان “آیا یک الکترون وجود دارد یا هیچ الکترونی در آنجا وجود ندارد” ترجمه شود؟ وشاباغ گفت. از سوی دیگر فناوری‌های کوانتومی از الکترون استفاده کامل‌تری می‌کنند.
او گفت: «کارهایی که یک الکترون می تواند انجام دهد بسیار بیشتر از وجود یا نبودن است. و این اطلاعات کوانتومی است. این استفاده از درجات آزادی ذاتی این اجسام مکانیکی کوانتومی است.
خیاط برای کیوبیت ها
Washabaugh به ساخت مولکول های سفارشی کمک می کند که می توانند به عنوان کیوبیت – حامل اطلاعات کوانتومی – عمل کنند.
در شجره نامه انواع کیوبیت، کیوبیت مولکولی شاخه ای نسبتاً جوان است که تنها حدود یک دهه است که در حال توسعه است. تازگی این تحقیق و تطبیق پذیری امیدوارکننده این فناوری، آن را به یک جستجوی جذاب برای Washabaugh تبدیل کرده است.
او گفت: «طرز طراحی کیوبیت‌های مولکولی، انعطاف‌پذیری زیادی در نحوه استفاده از آنها فراهم می‌کند. و رشد آنها به اندازه کافی جوان است که شما نمی دانید آنها در چه چیزی خوب خواهند بود. به همین دلیل برای کار روی آن هیجان‌زده بودم.»
کیوبیت های تیم او از یک اتم فلزی مرکزی – که او آن را “سوپراستار کیوبیت” می نامد – تشکیل شده است که به شاخه های تابشی ساخته شده از اتم هایی مانند کربن یا اکسیژن متصل است. این تیم انواع و تعداد شاخه ها را برای تنظیم عملکرد کیوبیت برای برنامه های مختلف تنظیم کرد.
Washabaugh گفت: “این به نوعی شبیه خیاط Savile Row است: “ما می خواهیم این ویژگی و آن ویژگی برای کشف این فیزیک و آن فیزیک باشد.” “کدام مولکول ها خواص بهتری برای مثال برای کاربردهای رصد کوانتومی یا کاربردهای ارتباط کوانتومی دارند؟” در اصل، ما می‌توانیم یک کیوبیت طراحی کنیم که برای هر استفاده مناسب باشد.
تخصص این گروه کیوبیت هایی است که در محدوده نوری نور تعامل دارند و آنها را برای طیف گسترده ای از کاربردها در سنجش و ارتباطات سازگار می کند.
تلاش یک همکاری واقعی است. Washabaugh و همکارانش بخشی از یک گروه UChicago به رهبری دیوید Awschalom، مدیر Q-NEXT و پروفسور Liew Family در مهندسی مولکولی هستند. این تیم با آزمایشگاهی در MIT به رهبری دانا فریدمن، استاد شیمی فردریک جورج کیز، که همچنین بخشی از Q-NEXT است، نیروهای خود را ملحق می کند.
این دو گروه از مکمل یین یانگ لذت می برند: گروه فریدمن مولکول ها را سنتز می کند، در حالی که گروه آوشالوم از تکنیک های پیشرفته برای مطالعه کیوبیت ها و بررسی فیزیک زیربنایی که عملکرد آنها را هدایت می کند، استفاده می کند.
Washabaugh گفت: “این یک حلقه بازخورد واقعا جالب بین فیزیکدانان، شیمیدانان و دانشمندان مواد است تا این پلت فرم مولکولی را برای ساخت کیوبیت های خوب توسعه دهند.”
از باب سازنده تا Chloe the Encoder
هالووین دوران کودکی آینده واشاباگ را به عنوان یک مهندس پیش بینی می کرد. به عنوان یک کودک سه ساله، او لباس باب سازنده را پوشید. این لباس به عشق مدرسه ابتدایی او به پروژه های مهندسی مربوط می شود، اگرچه او به یاد می آورد که به عنوان یک دانش آموز راهنمایی، «زمانی که من شروع به یادگیری جبر کردم، گریه می کرد و به طور کلی عصبانی می شد. اما وقتی این را فهمیدم، ریاضیات برایم معنا پیدا کرد.»
زمانی که او در دانشگاه کرنل در مقطع لیسانس بود، می‌دانست که می‌خواهد چیزی را هم عملی و هم فکری دنبال کند، و در رشته فیزیک مهندسی کار کند. او به مشاور خود پروفسور گرگوری فوکس و پروفسور لنا کورکوتیس اعتبار می دهد که او را به دنبال مهندسی اطلاعات کوانتومی تشویق کردند.
«لنا فوق‌العاده بود، به‌ویژه زنان را وارد عرصه‌ای تحت سلطه مردان کرد. واشاباو گفت: من از او بسیار سپاسگزارم.
در سال 2022، Washabaugh در دانشگاه UChicago Ph.D ثبت نام کرد. برنامه در مهندسی کوانتوم
او گفت: «من می‌خواستم به شیکاگو بیایم زیرا دره سیلیکون بعدی برای اطلاعات کوانتومی بود.
از زمان ورود به UChicago، Washabaugh نه تنها مشغول رمزگذاری اطلاعات به عنوان کیوبیت‌های مولکولی بوده، بلکه به ساختن یک راه‌اندازی آزمایشی از ابتدا کمک می‌کند که به گروهش اجازه می‌دهد تا طیف وسیع‌تری از انواع کیوبیت را کشف کنند. بخش مرکزی: یک میکروسکوپ باند پهن.
“ما به طور خاص این تنظیمات را ایجاد می کنیم تا بتوانیم با طیف گسترده ای از سیستم هایی که می خواهیم مطالعه کنیم کار کنیم.” این برای کار با کیوبیت مولکولی مهم است زیرا بسیار جدید است.
هیجان انگیز نسل بعدی محققان کوانتومی
Washabaugh که یک مدافع پرشور علم است، برای الهام بخشیدن به مخاطبان مختلف برای کمک به ساخت آینده کوانتومی کار می کند.
او در زمینه سیاست عمومی آموزش دیده است تا بتواند با تصمیم گیرندگانی که قدرت تقویت حمایت ملی از تحقیقات کوانتومی را دارند، ارتباط برقرار کند. و او در آزمایشگاه STAGE UChicago که بازی‌های تعاملی را سازماندهی می‌کند که مفاهیم فیزیک کوانتومی را به اعضای جامعه می‌آموزد، داوطلب می‌شود.
Washabaugh گفت: «STAGE بازی‌های کوانتومی ایجاد می‌کند که برای همه از کودکان نوپا گرفته تا هشت ساله‌ها قابل دسترسی است – بازی‌های ویدیویی و بازی‌های کازینویی مانند پوکر». “من از کمک به بچه های کوچک برای درک یا گرفتن برخی از تظاهراتی که نشان دهنده کارهایی است که ما در آزمایشگاه انجام می دهیم، بسیار لذت بردم.”
او می گوید که تنها شرط لازم برای درک علم اطلاعات کوانتومی، تمایل به یادگیری است.
Washabaugh گفت: «اطلاعات کوانتومی فقط برای افراد باهوش فناوری نیست. همچنین برای افرادی است که فقط علاقه مند هستند و شاید عمیق تر به «اطلاعات چیست؟» نگاه می کنند، ما باید افرادی را درگیر کنیم که معمولاً درگیر این نوع کار نیستند.»
او می‌گوید و اکنون زمان شرکت در آنچه احتمالاً یکی از مهم‌ترین لحظات علمی در حافظه اخیر خواهد بود، فرا رسیده است.
چیزی که واقعاً من را در مورد این رشته هیجان زده می کند، جدید بودن آن است. واشاباو گفت: این احساس یک لحظه تاریخی است. ما می‌توانیم میدان رو به رشد اطلاعات کوانتومی را به‌گونه‌ای شکل دهیم که بهترین انقلاب تکنولوژیکی تا به حال – به هر حال شما بخواهید «بهترین» را تعریف کنید.»
این کار توسط مرکز تحقیقات ملی اطلاعات کوانتومی دفتر علوم DOE به عنوان بخشی از مرکز Q-NEXT پشتیبانی شد.
