🔴💥مطالعات نشان می‌دهد بادهای زحل در ارتفاعات شفق‌های خارق‌العاده‌ای ایجاد می‌کنند!💥🔴
قسمت اول

زحل در میان سیاراتی که تا به امروز مشاهده شده‌اند، منحصر به فرد است؛ زیرا بعضی از شفق‌های قطبی آن توسط بادهای چرخان در اتمسفر خود و نه فقط از مگنتوسفر اطراف سیاره ایجاد می‌شوند.
در تمام سیارات مشاهده شده دیگر، مثل زمین، شفق های قطبی تنها توسط جریان های قدرتمندی تشکیل می شوند که از مگنتوسفر اطراف به جو سیاره می ریزند. اینها یا توسط برهمکنش با ذرات باردار خورشید مثل زمین یا مواد آتشفشانی فوران شده از قمری که به دور سیاره می چرخد ​​(مانند مشتری و زحل)، هدایت می شوند که درک دانشمندان را از شفق های سیاره ای تغییر می دهد و به یکی از اولین معماهای مطرح شده توسط کاوشگر کاسینی ناسا که در سال 2004 به زحل رسید، پاسخ می دهد:
چرا ما نمی توانیم به راحتی طول یک روز را در سیاره حلقه دار اندازه گیری کنیم؟

وقتی که کاسینی برای اولین بار به زحل رسید، با ردیابی «پالس‌های» گسیل رادیویی از جو زحل، سعی کرد سرعت چرخش عمده سیاره که طول روز آن را تعیین می‌کند، اندازه‌گیری کند. در کمال تعجب، کسانی که این اندازه‌گیری‌ها را انجام می‌دادند، دریافتند که به نظر می‌رسد این میزان در طول دو دهه از آخرین فضاپیمایی که از کنار سیاره عبور کرده است - وویجر 2، که توسط ناسا نیز اداره می‌شد در سال ۱۹۸۱ تغییر کرد.

در لستر، یکی از اعضای گروه علوم سیاره ای در دانشکده فیزیک و ستاره شناسی و نویسنده مسئول این مطالعه است که در Letters Research Geophysical منتشر شده است. او گفت که در سرعت، چرخش درونی زحل باید ثابت باشد، اما برای دهه ها محققان نشان داده اند که ویژگی های دوره های متعدد مربوط به
سیاره - همان اندازه گیری هایی که ما در سیارات دیگر برای درک سرعت چرخش درونی، مانند گسیل رادیویی استفاده کرده ایم- علاوه بر این، ویژگیهای دورهای مستقلی نیز در نیمکره های شمالی و جنوبی دیده می شود که خود در
طول یک فصل روی این سیاره تغییر می کنند.
درک ما از فیزیک فضای داخلی سیاره ها به ما می گوید که سرعت چرخش واقعی سیاره نمی تواند به این سرعت تغییر کند؛ بنابراین باید چیزی منحصر به فرد و عجیب در زحل اتفاق بیفتد.
از زمان پیدایش ماموریت کاسینی ناسا، برای توضیح مکانیسم های پشت این تناوب های مشاهده شده،چندین نظریه مطرح شده است.
این مطالعه نشان دهنده اولین تشخیص محرک اصلی است که در اتمسفر بالایی سیاره قرار دارد که در ادامه هم تناوب های سیاره های مشاهده شده و هم شفق های قطبی را ایجاد میکند.
اخترشناسان و دانشمندان سیاره‌شناسی مستقر در دانشگاه لستر، مطالعه‌ای را به همراه همکارانی از آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL)، آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA) و دانشگاه‌های ویسکانسین-مدیسون، بوستون، و لنکستر، به‌علاوه امپریال کالج و دانشگاه رهبری کردند.
آنها با استفاده از رصدخانه Keck در هاوایی، انتشار فروسرخ از جو فوقانی این غول گازی را اندازه گیری کردند و جریان های مختلف یونوسفر زحل را در طول یک ماه در سال 2017 نقشه برداری کردند.
این نقشه، هنگامی که در برابر پالس شناخته شده شفق های رادیویی زحل ثابت شد، نشان داد که بخش قابل توجهی از شفق های این سیاره توسط الگوی چرخشی آب و هوا در جو آن ایجاد می شوند و مسئول نرخ متغیر مشاهده شده چرخش سیاره هستند.

محققان بر این باورند که این منظومه توسط انرژی حاصل از ترموسفر زحل هدایت می شود و سرعت باد در یونوسفر بین 0.3 تا 3.0 کیلومتر در ثانیه مشاهده می شود.
دانشیار نجوم سیاره ای در دانشگاه لستر، دکتر تام استالارد افزود:
"دانشگاه لستر مدت‌هاست که درگیر اندازه‌گیری اثرات این کشف جدید بوده است ، ما مشاهده کرده‌ایم که چگونه شفق‌های تپنده و خطوط میدان مغناطیسی متحرک که به فضا کشیده شده‌اند، نرخ چرخش ظاهراً در حال تغییر را برجسته می‌کنند. برای دو دهه، محققان ما در مورد اینکه چه چیزی ممکن است باعث ایجاد این دوره های عجیب و غریب شود، حدس زده اند".
در طول سال ها، جلسات علمی در اواخر شب، بحث هایی در مورد اینکه آیا قمر آتشفشانی انسلادوس ممکن است علت باشد یا فعل و انفعالات با جو غلیظ قمر تیتان یا شاید برهمکنش با حلقه های درخشان زحل بوده است. اما اخیراً بسیاری از محققان بر این موضوع متمرکز شده اند این احتمال وجود دارد که اتمسفر بالای زحل است که باعث این تغییر می شود.

ادامه دارد...
✅@PSA_AUT

🔴💥مطالعات نشان می‌دهد بادهای زحل در ارتفاعات شفق‌های خارق‌العاده‌ای ایجاد می‌کنند!💥🔴
قسمت دوم

این جستجو برای نوع جدیدی از شفق قطبی به برخی از اولین تئوری ها در مورد شفق قطبی زمین بازمی گردد. ما اکنون می دانیم که شفق های قطبی روی زمین توسط فعل و انفعالات با جریان ذرات باردار رانده شده از خورشید تغذیه می‌کند.

یکی از اعضای تیم علمی کاسینی، دکتر کوین بینز، یکی از نویسندگان این مطالعه مستقر در
مطالعه افزود: با تعیین قطعی منشأ تغییرپذیری مرموز در پالس های رادیویی، بسیاری از سردرگمی ها را در مورد سرعت چرخش حجیم زحل و طول روز در زحل از بین می برد.
به دلیل نرخ چرخش متغیر مشاهده شده در زحل، دانشمندان از استفاده از پالس منظم گسیل رادیویی برای محاسبه نرخ چرخش داخلی حجیم منع شده‌ اند. خوشبختانه، روش جدیدی توسط دانشمندان کاسینی با استفاده از اغتشاشات ناشی از گرانش در منظومه حلقه پیچیده زحل ابداع شد که اکنون به نظر می رسد دقیق ترین وسیله برای اندازه گیری دوره چرخشی عمده سیاره باشد که در سال 2019، 10 ساعت و 33 دقیقه و 38 ثانیه تعیین شد.
تحقیقات سیاره ای در دانشگاه لستر وسعت منظومه شمسی ما و فراتر از آن را در بر می گیرد.
محققان لستر اعضای ماموریت جونو متشکل از یک تیم جهانی از اخترشناسان هستند که همسایه عظیم زحل، مشتری را رصد می کنند و رصد سیارات بیرونی منظومه شمسی را از تلسکوپ فضایی جیمز وب که اخیرا به فضا پرتاب شده است.

✏مترجم: فاطمه ضمیری

🔗لینک اصلی خبر:

✔https://phys.org/news/2022-02-saturn-high-altitude-extraordinary-aurorae.html

✅@PSA_AUT

🔴💥حسگر کوانتومی فضای پارامتر ماده تاریک را فشرده می کند! 💥🔴

فیزیکدانان در اسرائیل ، جستجو به دنبال ماده ی تاریک را به وسیله ی نوعی جدید از سنسور های کوانتومی برای تعیین محدودیت های دقیقتر بر روی ذرات آکسون مانند (ALPs) گسترش دادند.

این کار را با بررسی تقدم اتم های زنون و بهره برداری از حالت FLOQUET برای کشف در محدوه ی جرمی وسیعتر از قبل انجام دادند. آنها در حال کار روی افزایش حساسیت آزمایش ها هستند.
می دانیم به صورت تقریبی و تئوریکال، حدود ۸۵% از ماده ی جهان، تشکیل شده از ماده ی تاریک است که به صورت کمبود های ماده باریونی در سیستم های گرانشی دورانی، تخمین زده شده است. دانشمندان دهه ها درباره شناخت ساختار و ترکیب آنها سعی کردند. دهه ها تلاش برای کشف WIPMs بی نتیجه ماند که باعث توجه به ذرات آکسون مانند  ALPs  _ که الهام گرفته شده از ذره ی آکسون برای توضیح نیروی قوی هسته ای مطرح اند، شد .
ذرات ALPs، ذرات اسپین صفر هستند و با امواج الکترومغناطیس تراکنش ندارند.

محققان آزمایش های زیادی به دنبال نشانه های تشکیل ALPs به درون و بیرون فوتون ها _ آزمایش هایی مانند هالوسکوپ ، هلیوسکوپ و... _ انجام دادند .

دیگران به دنبال آشکارسازی اثرات ALPs بروی هسته هستند. چندین گروه در تلاش برای آشکارسازی میدان های مغناطیسی نوسانی هستند که از جفت شدن بین هسته ها و ALPs بسیار سبک ایجاد می شوند .

در یک دوره ی ۵ ماهه و ۳۰۰۰ بار انجام آزمایش که هیچ نشانه ای از ماده تاریک به دنبال نداشت اما به آنها اجازه داد تا کران بالایی جفت neutron_ALPs را تا حدود سه مرتبه قدر در مقایسه با جستجو های قبلی پایین بیاورند.

✏مترجم: محمد هادی عبدی

🔗برای مطالعه متن کامل خبر،‌ به لینک زیر مراجعه نمایید:

✔Quantum sensor shrinks dark matter's parameter space – Physics World
https://physicsworld.com/a/quantum-sensor-shrinks-dark-matters-parameter-space/

✅@PSA_AUT

🔴💥 چگونه میتوان ماده تاریک را در منظومه شمسی اندازه‌گیری کرد؟ 💥🔴
قسمت اول

تصاویر کهکشان راه شیری میلیارد ها ستاره را که به صورت مارپیچ از مرکز کهکشان قرار گرفته‌اند و تابش می کنند به همراه گاز درخشانی که در بین آنها وجود دارد، نشان می‌دهد. اما چشم های ما فقط میتواند نگاهی سطحی به چیزی که کهکشان ما را به وجود آورده، داشته باشد. حدود 95 درصد جرم کهکشان ما نامرئی بوده و با نور تعاملی ندارد. این بخش کهکشان از ماده ای که آن را "ماده تاریک" میخوانیم، به وجود آمده است. این ماده هرگز به صورت مستقیم اندازه‌گیری نشده است.
حال بررسی جدید نشان می‌دهد که گرانش ماده تاریک، چگونه بر اشیاء منظومه شمسی از جمله فضاپیما ها و ستاره های دنباله دار تاثیر می گذارد. این تحقیق همچنین یک راه برای مشاهده کردن اثر ماده تاریک به صورت مستقیم در یک آزمایش را پیشنهاد می‌دهد. این مقاله در ژورنال " Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" چاپ شده است.
جیم گرین، نویسنده و مشاور دفتر دانشمند ارشد ناسا، در رابطه با این مقاله گفت: «حدس میزنیم که اگر به اندازه کافی از منظومه شمسی دور شوید، بالفعل می توانید موقعیتی برای شروع اندازه گیری نیروی تاریک داشته باشید. این ایده اولیه چگونه و در کجا انجام دادن این عمل است».
ماده تاریک در حیاط خلوتمان
بر روی زمین، جاذبه سیارۀ ما از بلند شدن ما از روی صندلی‌مان جلوگیری می کند و جاذبه خورشید، سیاره ما را در یک مدار 365 روزه نگه می‌دارد. اما هرچه یک فضاپیما از خورشید دور شود، جاذبه کمتری حس میکند و جاذبه بیشتری از سمت یک منبع متفاوت گرانش (همان ماده ای که بقیه کهکشان را پر میکند که اکثرا همان ماده تاریک است) حس میکند. جرم 100 میلیارد ستاره کهکشان ما در مقایسه با تخمین جرم ماده تاریک موجود در کهکشان ناچیز است.
برای متوجه شدن تاثیر ماده تاریک در منظومه شمسی، نویسنده ارشد این مطالعه -Edward Belbruno- "نیروی کیهانی" که همان مجموع نیروی گرانشی مجموعه مواد معمولی و ماده تاریک کل کهشکان است، محاسبه کرد. او متوجه شد که در منظومه شمسی حدود 45 درصد این نیرو حاصل از ماده تاریک و 55 درصد آن زاده ماده معمولی یا به اصطلاح " baryonic matter" است. این نتیجه حاکی از تقسیم تقریبا نصف-نصف جرم ماده تاریک و معمولی در منظومه شمسی است.
همچنین Belbruno ریاضی دان و اخترفیزیکدان در دانشگاه های پرینستون (Princeton) و یشیوا (Yeshiva) در رابطه با این نتیجه گفت :« من با دیدن تاثیر نسبتا کوچک نیروی ماده تاریک در مقایسه با نیروی حس شده از طرف ماده معمولی غافلگیر شدم. این نتیجه توسط این حقیقت که بیشتر ماده تاریک در بخش خارجی کهکشان ما قرار گرفته است، توجیه می‌شود».
نویسنده این مقاله گفت : « یک منطقه بزرگی از ماده تاریک به نام "halo" به دور کهکشان راه‌شیری می‌چرخد و نشان دهنده بزرگ‌ترین تمرکز ماده سیاه کهکشان است. در "halo" مقدار بسیار کمی از ماده معمولی وجود دارد. اگر منظومه شمسی در فاصله بیشتری از مرکز کهکشان جای‌ گرفته بود، به دلیل اینکه نزدیک تر به ماده سیاه "halo" قرار می‌گرفت، نسبت بیشتری از تاثیر ماده تاریک را در نیروی کیهانی احساس می کرد.

چگونه ممکن است ماده تاریک فضاپیما را تحت تاثیر قرار دهد؟

همچنین “Green” و “Belbruno” بر اساس مطالعات اخیر، پیش بینی می‌کنند که گرانش ماده تاریک، به اندازه ای اندک است که ناسا فضاپیما ها را به مسیر هایی فرستاده که به خارج از منظومه شمسی ختم می‌شوند.
محقق “Belbruno” گفت: « اگر فضاپیما به اندازه کافی به سمت ماده تاریک حرکت کند، مسیر حرکتش تغییر می‌کند و این موضوع مهم است که برای برنامه‌ریزی ماموریت های آتی در نظر گرفته شود».
چنین فضاپیماهایی می‌تواند شامل کاوشگر پایونیر "Pioneer 10" و 11 که به ترتیب در سال های 1972 و 1973 پرتاب شدند، باشد. کاوشگر های ویجر 1 و 2 که بیش از 40 سال درحال کاوش بوده‌اند، وارد فضای میان ستاره ای شده‌اند و فضاپیمای “New Horizons” که تا پلوتو “Pluto” و “Arrokoth” در کمربند کویپر “Kuiper Belt” حرکت کرده است.
اما این یک تاثیر کوچک است. پس از طی کردن میلیارد ها مایل، مسیر کاوشگر “Pioneer 10” حدودا 5 فیت (1.6 متر) توسط تاثیر ماده تاریک منحرف شده است. گرین درباره این موضوع گفت: « کاوشگر ها تاثیر ماده تاریک را حس می‌کنند اما این تاثیر به قدری کوچک است که ما نمی‌‌توانیم آنرا اندازه بگیریم».

تاثیر نیروی کیهانی کجا افزایش می‌یابد؟

ادامه دارد...
✅@PSA_AUT

🔴💥 چگونه میتوان ماده تاریک را در منظومه شمسی اندازه‌گیری کرد؟ 💥🔴
قسمت دوم

در فاصله مشخصی از خورشید، نیروی کیهانی قدرتمند‌تر از نیروی کشش از جانب خورشید که از ماده معمولی ساخته شده است، می‌شود. ”Belbruno” و “Green” محاسبه کردند که این اتفاق حدودا در فاصله 30,000 واحد نجومی یا همان 30,000 برابر فاصله زمین تا خورشید، رخ می‌دهد. این فاصله بسیار دور تر از فاصله خورشید تا پلوتو است، اما همچنان داخل ابر اورت ”Oort Cloud ” (دسته‌ای از میلیون ها ستاره دنباله‌دار که منظومه شمسی را احاطه کرده‌اند و تا فاصله 100,000 واحد نجومی گسترش یافته‌اند) قرار می‌گیرد.
این بدین معناست که گرانش ماده تاریک می‌توانست نقشی در مسیر حرکت اجسامی همچون “Oumuamua” -ستاره دنباله دار یا سیارک سیگار شکل که در سال 2017 از منظومه شمسی دیگری آمد و از بخش داخلی منظومه شمسی رد شد- بازی کند. نویسنده می‌گوید: «سرعت غیر عادی آن را می توان با گرانش ماده تاریک که میلیون ها سال به آن وارد می‌شد، توضیح داد».
اگر یک سیاره غول‌پیکر در در بخش بیرونی منظومه شمسی وجود داشته باشد، یک جسم فرضی به نام سیاره 9 یا سیاره X که دانشمندان در سال‌های اخیر در جستجوی آن بوده‌اند، ماده تاریک بر آن نیز تاثیر می‌گذارد. گرین “Green” و بلبرونو”Belbruno” می‌نویسند که اگر چنین سیاره‌ای وجود داشت، ماده تاریک احتمالا می‌تواند آن را از ناحیه‌ای که دانشمندان در حال حاضر به دنبال آن هستند، دور کند. همچنین ماده تاریک ممکن است باعث شده باشد که برخی از ستاره‌های دنباله دار ابر اورت به‌طور کلی از مدار خورشید فرار کنند.
آیا می توان گرانش ماده تاریک را اندازه‌گیری کرد؟
برای اندازه‌گیری اثرات ماده تاریک در منظومه شمسی، یک فضاپیما الزاما مجبور نیست تا به این اندازه‌ دور سفر کند. گرین و بلبرونو گفتند که در فاصله 100 واحد نجومی، یک فضاپیما با آزمایش مناسب می‌تواند به ستاره‌شناسان کمک کند تا تاثیر ماده تاریک را مستقیما اندازه‌گیری کنند. به طور خاص، یک فضاپیمای مجهز به قدرت رادیوایزوتوپ، فناوری که پایونیر 10 و 11، وویجر 1 و 2 و نیوهورایزن “New Horizon” ، امکان حرکت تا فواصل بسیار دور از خورشید را داده است، ممکن است بتواند این اندازه‌گیری را انجام دهد. چنین فضاپیمایی می تواند یک توپ بازتابنده را حمل کند و آن را در فاصله‌ مناسبی رها کند. این توپ فقط نیروهای کهکشانی را احساس می کند، در حالی که فضاپیما علاوه بر نیروهای کیهانی، نیروی حرارتی ناشی از عنصر رادیواکتیو در حال فروپاشی در سیستم قدرت خود را نیز تجربه می کند. با کم کردن نیروی حرارتی، محققان می‌توانند به چگونگی ارتباط نیروی کیهانی با انحرافات مسیر توپ و فضاپیما پی ببرند. با توجه به اینکه این دو جسم به موازات یکدیگر حرکت می‌کنند، انحرافشان را می‌توان با لیزر اندازه‌گیری کرد. مفهوم یک مأموریت پیشنهادی به نام کاوشگر بین ستاره‌ای “Interstellar Probe”، که هدف آن سفر به فاصله حدودا 500 واحد نجومی از خورشید برای کاوش آن محیط ناشناخته است، یکی از شانس‌های چنین آزمایشی است.

بیشتر در مورد ماده تاریک

ماده تاریک به عنوان یک جرم پنهان در کهکشان‌ها برای اولین‌ بار توسط فریتز زویکی “Fritz Zwicky” در دهه 1930 پیشنهاد شد. اما این ایده تا دهه‌های 1960 و 1970 بحث‌برانگیز باقی ماند، تا اینکه ورا سی.روبین “Vera C.Rubin” و همکارانش تأیید کردند که حرکت ستارگان در اطراف مراکز کهکشانی‌شان در صورتی که فقط ماده عادی در آن دخالت داشته باشد، از قوانین فیزیک پیروی نمی‌کند. فقط یک منبع غول‌پیکر جرم می‌تواند توضیح دهد که چرا ستارگان در حومه کهکشان های مارپیچی مانند کهکشان ما با این سرعتی که دارند، حرکت می‌کنند. امروزه ماهیت ماده تاریک، یکی از بزرگترین اسرار در تمام اخترفیزیک است. رصدخانه های قدرتمندی مانند تلسکوپ فضایی هابل و رصدخانه اشعه ایکس چاندرا به دانشمندان کمک کرده‌اند تا تأثیر و توزیع ماده تاریک را در جهان به طور کلی درک کنند. هابل کهکشان های زیادی را کاوش کرده است که ماده تاریک آنها به اثری به نام عدسی “lensing” کمک می کند؛ اثری که در آن گرانش، خود فضا را خم می کند و تصاویر کهکشان های دورتر را بزرگ می کند.
ستاره‌شناسان با استفاده از جدید‌ترین مجموعه تلسکوپ های پیشرفته، بیشتر درباره ماده تاریک در کیهان خواهند آموخت. تلسکوپ فضایی جیمز وب “James Webb” که در 25 دسامبر 2021 پرتاب شد، با گرفتن تصاویر و داده‌‌های دیگر کهکشان ها و مشاهده اثرات عدسی آنها به درک ما از ماده تاریک کمک خواهد کرد.
تلسکوپ فضایی رومی نانسی گریس “Nancy Grace Roman Space Telescope” که قرار است در اواسط دهه 2020 به فضا پرتاب شود، به بررسی بیش از یک میلیارد کهکشان، برای بررسی تأثیر ماده تاریک بر شکل و توزیع آنها خواهد پرداخت.

ادامه دارد... .

✅@PSA_AUT

🔴💥 چگونه میتوان ماده تاریک را در منظومه شمسی اندازه‌گیری کرد؟ 💥🔴
قسمت سوم

مأموریت آتی اقلیدس آژانس فضایی اروپا “The European Space Agency’s Euclid”، که مشارکت ناسا را هم دارد، نیز ماده تاریک و انرژی تاریک را هدف قرار خواهد داد؛ با نگاه کردن به حدود 10 میلیارد سال پیش که انرژی تاریک شروع به تسریع گسترش جهان کرد.
رصدخانه “Vera C.Rubin”، که با همکاری بنیاد ملی علوم، وزارت انرژی و دیگر بنیاد ها که در شیلی در حال ساخت است، داده‌های ارزشمندی را به این پازل (پازلِ ماهیت واقعی ماده تاریک) اضافه خواهد کرد.
اما این ابزارهای قدرتمند برای پیدا کردن اثرات قوی ماده تاریک در فواصل دور و بسیار دورتر از منظومه شمسی طراحی شده‌اند؛ جایی که تأثیر ماده تاریک بسیار ضعیف‌تر است.
بلبرونو “Belbruno” گفت: « اگر بتوانید یک فضاپیما را برای شناسایی این اثر بفرستید، یک کشف بزرگ انجام داده‌اید».

✏مترجم: مبین اسعدی

🔗لینک اصلی خبر:

✔https://phys.org/news/2022-02-dark-solar.html

✅@PSA_AUT

🔴💥مواد دو بعدی می توانند اطلاعات کوانتومی را در دمای اتاق ذخیره کنند! 💥🔴

محققان یک ماده دو بعدی را شناسایی کرده اند که می تواند برای ذخیره اطلاعات کوانتومی در دمای اتاق استفاده شود.
محققان آزمایشگاه کاوندیش در دانشگاه کمبریج، با همکاری همکارانش از UT سیدنی در استرالیا، یک ماده دو بعدی به نام نیترید بور شش ضلعی را شناسایی کرده اند که می تواند فوتون های منفرد را از نقص های مقیاس اتمی در ساختار خود در دمای اتاق منتشر کند.
محققان کشف کردند که نور ساطع شده از این نقص های جدا شده، اطلاعاتی در مورد یک ویژگی کوانتومی می دهد که می تواند برای ذخیره اطلاعات کوانتومی به نام اسپین استفاده شود؛ به این معنی که این ماده می تواند برای کاربردهای کوانتومی مفید باشد. نکته مهم این است که اسپین کوانتومی از طریق نور و در دمای اتاق قابل دسترسی است.
این یافته در نهایت می تواند از شبکه های کوانتومی مقیاس پذیر ساخته شده از مواد دو بعدی که می توانند در دمای اتاق کار کنند، پشتیبانی کند. نتایج در مجله Nature Communications گزارش شده است.
شبکه های ارتباطی آینده از تک فوتون ها برای ارسال پیام به سراسر جهان استفاده خواهند کرد که منجر به فناوری های ارتباطی جهانی ایمن تر خواهد شد.
کامپیوترها و شبکه‌هایی که بر اساس اصول مکانیک کوانتومی ساخته شده‌اند، بسیار قدرتمندتر و امن‌تر از فناوری‌های کنونی خواهند بود. با این حال، برای ایجاد چنین شبکه‌هایی، محققان باید روش‌های قابل اعتمادی برای تولید فوتون‌های منفرد و غیرقابل تشخیص به‌عنوان حامل اطلاعات در شبکه‌های کوانتومی توسعه دهند.
دکتر هانا استرن از آزمایشگاه کاوندیش کمبریج می‌گوید: «ما می‌توانیم اطلاعات را با استفاده از فوتون‌ها از یک مکان به مکان دیگر ارسال کنیم، اما اگر می‌خواهیم شبکه‌های کوانتومی واقعی بسازیم، باید اطلاعات را بفرستیم، ذخیره کنیم و به جای دیگری بفرستیم».
ما به موادی نیاز داریم که بتوانند اطلاعات کوانتومی را برای مدت زمان معینی در دمای اتاق نگه دارند، اما ساخت اکثر پلتفرم‌های فعلی مواد چالش برانگیز است و فقط در دماهای پایین به خوبی کار می‌کنند.
نیترید بور شش ضلعی، یک ماده دو بعدی است که توسط رسوب شیمیایی بخار در راکتورهای بزرگ رشد می کند. ارزان و مقیاس پذیر است. تلاش‌های اخیر، حضور ساطع‌کننده‌های تک فوتون و وجود مجموعه‌ای متراکم از اسپین‌های قابل دسترسی نوری را نشان داده‌اند، اما نه رابط‌های اسپین فوتون جدا شده که تحت شرایط محیطی کار می‌کنند.
استرن، محقق در کالج ترینیتی، می‌گوید: «معمولاً از این ماده به عنوان عایق استفاده می‌شود. اما ما متوجه شدیم که نقص‌هایی در این ماده وجود دارد که می‌تواند فوتون‌های منفرد را ساطع کند؛ به این معنی که می‌توان از آن در سیستم‌های کوانتومی استفاده کرد.
استرن و همکارانش یک نمونه نیترید بور شش ضلعی را در نزدیکی یک آنتن طلایی کوچک و آهنربایی با قدرت مشخص شده، تنظیم کردند. با پرتاب لیزر به نمونه در دمای اتاق، آنها قادر به مشاهده بسیاری از پاسخ‌های وابسته به میدان مغناطیسی مختلف بر روی نور ساطع شده از ماده بودند.
محققان دریافتند که وقتی لیزر را بر روی مواد تابش کردند، توانستند چرخش یا تکانه زاویه ای ذاتی نقص ها را دستکاری کنند و از این نقص ها به عنوان راهی برای ذخیره اطلاعات کوانتومی استفاده کنند.
به طور معمول، سیگنال در این سیستم‌ها همیشه یکسان است، اما در این مورد، سیگنال بسته به نقص خاصی که در حال مطالعه آن هستیم تغییر می‌کند و همه نقص‌ها سیگنالی را نشان نمی‌دهند. بنابراین هنوز چیزهای زیادی برای کشف وجود دارد.
پروفسور Mete Atature، که بر این کار نظارت داشت، می‌افزاید: «اکنون که اسپین های ایزوله شده از نظر نوری قابل دسترسی در دمای اتاق را در این ماده شناسایی کرده‌ایم، گام‌های بعدی درک فتوفیزیک آنها با جزئیات و بررسی رژیم‌های عملیاتی برای کاربردهای احتمالی از جمله ذخیره‌سازی اطلاعات و حسگر کوانتومی است. پس از این کار، جریانی از فیزیک سرگرم کننده وجود خواهد داشت."

🔗لینک اصلی خبر:

✔https://phys.org/news/2022-02-two-dimensional-material-quantum-room-temperature.html

✅@PSA_AUT

🔴💥محققان از چرخش های کوچک مغناطیسی برای ایجاد اعداد تصادفی واقعی استفاده میکنند!💥🔴
قسمت اول

امروزه جهان در زمینه هایی مثل امنیت سایبری، بازی سازی یا شبیه سازی های علمی به اعداد تصادفی واقعی( یعنی توسط کسی از پیش قابل تعیین نباشد) نیاز دارد اما انجام اینکار از آن چیزی که فکر می کنید، سخت تر است!
اما گروهی از فیزیکدانان در دانشگاه‌Brown به تازگی تکنیکی توسعه داده اند که میتواند با بهره برداری از رفتار skyrmions (ناهنجاری مغناطیسی ای که در برخی مواد دو بعدی ظاهر میشود) به طور بالقوه ای میلیون ها رقم تصادفی را در ثانیه ایجاد کند!
محققان این مقاله که در ژورنال Nature Communications منتشر شد، ادعا دارند دینامیک های از پیش ناشناخته ای از تک skyrmions توسط این تحقیق آشکار شده است. ناهنجاری Skyrmions که نزدیک به یک دهه پیش کشف شده است، توجه ویژه ای را در زمینه فیزیک به عنوان مسیری به سمت نسل بعدی دستگاه های محاسبه گر (computing devices) که از خواص مغناطیسی ذرات برای کارکرد خود(spintronics) بهره میبرند، به خود جلب کرده است.
اعداد تصادفی ای که کامپیوتر ها ایجاد میکنند، در اصل تصادفی نیستند. کامپیوتر ها برای ایجاد این اعداد از الگوریتمی استفاده میکنند که به نوبه خود از یک عدد اولیه برای کارکرد خود استفاده میکند و از آنجایی که عدد نهایی قابل محاسبه میباشد و با داشتن اطلاعات کافی درباره الگوریتم و عدد اولیه میتوان این کار را انجام داد، پس به واقع نمیتوان به آنها اعداد تصادفی گفت.در حالی که این اعداد شبه تصادفی برای بیشتر زمینه ها کافی میباشد اما برای کاربرد هایی چون امنیت داده، وجود اعداد کاملا تصادفی ضروری است.
روش هایی که اعداد واقعا تصادفی را ایجاد میکنند، اغلب از دنیای طبیعی ریشه میگیرند. برای مثال نوسانات تصافی در جریان الکتریکی گذرنده از یک مقاومت، میتواند برای تولید این اعداد استفاده شود. دیگر تکنیک ها از تصادفی بودن ذاتی مکانیک کوانتومی استفاده میکنند.
مطالعه مورد بحث، پدیده skyrmions را نیز به لیست متد های ساخت اعداد تصادفی واقعی اضافه میکند.
این پدیده به علت اسپین الکترون ها در مواد فوق نازک رخ میدهد. برای سادگی میتوان اسپین را به عنوان گشتاور کوچک هر الکترون در نظر گرفت. برخی مواد دو بعدی، در پایین حالت انرژیشان، ویژگی ای به نام "ناهمسانگردی عمود مغناطیسی"( perpendicular magnetic anisotropy) دارند؛ به این معنی که اسپین تمامی الکترون ها در جهت عمود بر صفحه دو بعدی شامل این مواد است. زمانی که این مواد با الکتریسیته یا میدان مغناطیسی برانگیخته میشوند، برخی از این اسپین ها به چرخش در می آیند. هنگامی که این اتفاق میفتد، اسپین الکترون های اطرافش به اندازه مشخصی منحرف میشود و باعث ایجاد یک گرداب مغناطیسی اطراف الکترون مورد نظر میشود؛ پدیده ای که با نام Skyrmion شناخته میشود.
ادامه دارد...
✅@PSA_AUT

🔴💥محققان از چرخش های کوچک مغناطیسی برای ایجاد اعداد تصادفی واقعی استفاده میکنند!💥🔴
قسمت دوم

اسکایرمیون ها که به طور کلی حدود 1میکرومتر یا کمتر قطر دارند، تا حدی همانند یک نوع ماده رفتار میکنند؛ به این معنی که میتوان ایجاد آنها را از یک طرف ماده به طرف دیگر، نوعی حرکت ذره ای در نظر گرفت و به محض شکل گیری آنها به سختی میشود از شرشان خلاص شد! به علت قدرتی که دارند، محققان علاقه دارند که از حرکت آنها برای اجرای محاسبات و ذخیره داده استفاده کنند.
این مطالعه نشان میدهد که علاوه بر حرکت کلی skyrmion ها در میان ماده، حرکت انفرادی هر skyrmion به صورت مجزا میتواند مفید باشد .برای این تحقیق ، که توسط Kang Wang (پست دکترا در دانشگاه brown) مدیریت میشد، محققان صفحه مغناطیسی نازکی با استفاده از تکنیکی که شکستگی های نامحسوسی در شبکه اتمی به وجود میاورد، ساختند.
زمانی که skyrmion ها درون ماده تولید شوند، این شکستگی ها (که محققان آنها را مراکز پیوست مینامند) آنها را در جای خود ثابت نگه میدارند، به جای آنکه به طور معمول به حرکت در بیایند.
محققان کشف کردند زمانی که skyrmion در یک مکان ثابت نگه داشته میشود، اندازه آنها به طور تصادفی تغییر میکند. اگر قسمتی از یک skyrmion به صورت محکمی در یک نقطه پیوسته نگه داشته شود، بقیه نقاط به صورت مداومی به دور دو مرکز که یکی نزدیک و دیگری دور تر است، به جلو و عقب میپرند.
تغییر اندازه skyrmion در شرایط موردنظر با استفاده از پدیده ای به نام "اثر غیر عادی هال"( Hall effect) اندازه گیری میشود که در واقع پخش کردن یک ولتاژ در سرتاسر ماده است. این ولتاژ به اسپین الکترون ها حساس است. هنگامی که skyrmion ها تغییر اندازه میدهند، این ولتاژ تا حدی تغییر میکند که به سادگی قابل اندازه گیری برای محققان است. این تغییرات تصادفی ولتاژ حاصل، میتواند برای تولید رشته ای از اعداد تصادفی به کار گرفته شود.
محققان پیش بینی میکنند که با بهینه سازی فضای شکستگی در دستگاهشان، میتوانند حدود 10 میلیون رقم تصادفی در ثانیه تولید کنند که راهی بسیار موثر برای تولید اعداد واقعا تصادفی است.

✏مترجم: محمد رستمی

🔗لینک اصلی خبر:
✔https://phys.org/news/2022-02-tiny-magnetic-swirls-true-random.html

✅@PSA_AUT

🔴💥 سلسله سمینار های پلاسما سرد💥🔴

📃موضوع سمینار:

پلاسمای اتمسفر سرد و کاربردهای آن: با نگاه به چالش ها و فرصت ها

⏰تاریخ و‌ زمان برگزاری:

چهارشنبه؛ ۱۸ اسفند ( ۹ مارچ ‌۲۰۲۲ )،۱۳:۳۰

مکان برگزاری:

آمفی تئاتر دانشکده فیزیک و مهندسی انرژی_ طبقه ۶

🔗لینک پوشش آنلاین جلسه:

✔http://meetings.aut.ac.ir/physicscolloquium/

💫رسانه باشید

✅@PSA_AUT

🔴💥دور زدن اصل عدم قطعیت بر اساس فیزیک کوانتوم💥🔴

اخیرا در تحقیقی توسط mika A.sillanpaa از دانشگاه Aalto در فنلاند، راهی برای دور زدن عدم قطعیت نشان داده شده است. مدل تئوری نیز توسط Matt Woolley از دانشگاه New South Wales از استرالیا فرمول بندی شده است.
در این آزمایش به جای یک ذره بنیادی، از دستگاهی بزرگتر برای مطالعه استفاده شده است؛دو پوسته (drum head) به قطر یک پنجم موی انسان.
لازم به ذکر است که این پوسته ها توسط تیم محقق به طور دقیق به رفتار کوانتومی وادار شده اند.
در این مقاله گفته شده است که: "اگر دو پوسته به صورت کاملا غیر همفاز نوسان کنند و دستگاه مورد مطالعه را مجموع دو ذره در نظر بگیریم، عدم قطعیت صادق نیست!!! "
این بدان معناست که آنها هم موقعیت و هم تکانه هر دو پوسته را به صورت همزمان اندازه گرفتند _ که طبق اصل عدم قطعیت غیر ممکن بود_ این قانون شکنی به آنها اجازه داد تا بتوانند نیروهای بسیار ضعیف هدایت کننده دو پوسته را مشخص کنند.
"یکی از پوسته ها به صورتی خنثی کننده به تمام نیروهای پوسته دیگر پاسخ داده؛ مانند نوعی از جرم منفی."
علاوه بر ارائه یک تکنیک جدید در دور زدن محدودیت های عدم قطعیت، این آزمایش مستقیم ترین نمایش در هم تنیدگی کوانتومی طولانی مدت (پایدار) بین اجسام ماکروسکوپیک را ارائه میدهد.
می دانیم که ذرات درهم تنیده شده را نمی توان به صورت مستقل توصیف کرد؛ حتی با وجود یک جدایی بزرگ خودخواسته!
مثلا محاسبه فرموله کردن دارویی توسط کامپیوتر های کوانتومی، بسیار بسیار سریعتر از ابر کامپیوتر های امروزی انجام می شود.
لازم به ذکر است که در اجسام ماکروسکوپی، اثرات کوانتومی مانند درهم تنیدگی بسیار شکننده و به راحتی با کوچکترین اختلال با محیط نابود میشوند . از این رو این آزمایشات در دمای بسیار پایین در حدود صفر مطلق انجام شده اند.
در آینده، گروه محقق از این ایده ها در تست هایی با هدف بررسی فعل و انفعالات مکانیک کوانتومی و گرانش استفاده خواهد کرد. همچنین ممکن است به عنوان رابط برای اتصال گره های شبکه های کوانتومی توزیع شده در مقیاس بزرگ عمل کند .

✏مترجم: محمد هادی عبدی

🔗لینک اصلی گزارش:

✔Evading the uncertainty principle in quantum physics | Aalto University
https://www.aalto.fi/en/news/evading-the-uncertainty-principle-in-quantum-physics

✅@PSA_AUT

🖥 دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی و تیم مهندسی کورپی برای اولین بار در ایران برگزار می کنند

🔺🔺دوره یادگیری ماشین کوانتومی و پیاده سازی با پایتون 🔺🔺

📚مدرس : دکتر حسین داوودی یگانه
📌پژوهشگر مرکز فناوری های کوانتومی ایران
📌دکتری اطلاعات و محاسبات کوانتومی

📌اهدای گواهی رسمی از طرف دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
📌تعریف پروژه پایانی برای جذب در تیم هوش مصنوعی کوانتومی کورپی و حمایت از طرف تیم مهندسی کورپی
⏳مدت دوره ۱۵ ساعت می باشد

💻پیش نیاز های دوره : جبر خطی ، اشنایی با زبان برنامه نویسی پایتون ، اشنایی با مبانی یادگیری ماشین

⏰شروع دوره از ۶ فرودین ماه ۱۴۰۰ ساعت ۲۰
📱ثبت نام و اطلاعات بیشتر در مورد سرفصل ها زمان بندی در سایت ایوند
https://evand.com/events/qorpi-quantum-ml

💵با توجه به حمایت دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی هزینه دوره از ۲ میلیون تومان به ۸۰۰ هزار تومان کاهش پیدا کرده است

کد تخفیف ۲۵ درصد برای دانشجویان دانشگاه صنعتی امیر کبیر :AUT

🖥Qorpi
Quantum AI Workgroup
@qorpi

📌توضیحات دکتر حسین داودی یگانه در مورد دوره یادگیری ماشین کوانتومی
⏰شروع دوره از ۶ فرودین ماه ۱۴۰۰ ساعت ۲۰
📱ثبت نام و اطلاعات بیشتر در مورد سرفصل ها زمان بندی در سایت ایوند
https://evand.com/events/qorpi-quantum-ml

💵با توجه به حمایت دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی هزینه دوره از ۲ میلیون تومان به ۸۰۰ هزار تومان کاهش پیدا کرده است

کد تخفیف ۲۵ درصد برای دانشجویان دانشگاه صنعتی امیرکبیر:AUT

🖥Qorpi
Quantum AI Workgroup
@qorpi

🔴💥تلسکوپ فضایی جیمز وب با تکمیل دو مرحله‌ی مهم دیگر از فرایند تراز آینه‌ها، نخستین تصویر شفاف خود از ستاره‌ای روشن را در کنار کهکشان‌های دوردست ثبت کرده است!💥🔴

تلسکوپ فضایی جیمز وب که در ماه دسامبر به فضا پرتاب شد، در ژانویه به ایستگاه خود نزدیک به 1 میلیون مایل (1.5 میلیون کیلومتر) دورتر از زمین رسید و به سختی در حال آماده سازی برای انجام ماموریت 10 میلیارد دلاری که برای آن طراحی شده است، می باشد.
آژانس در روز چهارشنبه (16 مارس) اعلام کرد که این فضاپیما با تکمیل "مرحله خوب" در 11 مارس، نقطه عطف کلیدی دیگری را در مراحل آماده سازی خود ثبت کرد.

این تلسکوپ همچنین تمام پارامترهای نوری مورد نیاز مهندسان را برآورده کرده است و نور را به طور تمیز به ابزار خود می رساند. این دستاورد، ناسا را کاملاً مطمئن می کند که رصدخانه به اهداف علمی خود دست خواهد یافت.
ریتوا کسکی-کوها، معاون مدیر المان تلسکوپ نوری وب در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا، گفت: "ما تلسکوپ را به طور کامل روی یک ستاره تراز کرده و متمرکز کرده‌ایم و عملکرد آن بر مشخصات فنی برتر است.
بر اساس این بیانیه، تصویر جدید روی ستاره ای به نام 2MASS J17554042 + 6551277 متمرکز شده است. این نشان دهنده یک هدف جدید برای رصدخانه است. مراحل قبلی فرآیند راه اندازی بر روی HD 84406 متمرکز شده است؛ ستاره ای در صورت فلکی دب اکبر که در حدود 241 سال نوری از زمین قرار دارد.
همچنین در پس زمینه، ستارگان و کهکشان های دیگری قابل مشاهده هستند که آژانس شناسایی نکرده است.
قدرت رصد JWST تا حدی از آینه عظیم تلسکوپ می آید که امتداد آن 21 فوت (6.5 متر) است. اما آینه ای با آن اندازه را نمی توان آنطور که هست پرتاب کرد؛ بنابراین طراحان رصدخانه سطح طلایی را به 18 بخش شش ضلعی قابل تنظیم جداگانه تقسیم کردند.
برای هفته‌ها، مهندسان در این مأموریت در حال تنظیم دقیق تراز آن بخش‌ها بوده‌اند تا جهان را در کانون توجه رصدخانه عظیم قرار دهند. ناسا تاکید کرد که این فرآیند هنوز کامل نشده است.

توماس زوربوخن، معاون مدیر اداره مأموریت علمی ناسا، گفت: «بیش از 20 سال پیش، تیم وب تصمیم گرفت تا قوی‌ترین تلسکوپی را که تا به حال در فضا قرار داده است، بسازد و یک طرح اپتیکی جسورانه برای برآورده کردن اهداف علمی ارائه کرد. امروز می‌توانیم بگوییم که طراحی، نتیجه خواهد داد.»
آژانس همچنین با استفاده از لنزی که برای عکاسی از آینه اولیه طراحی شده بود، یک تصویر «سلفی» منتشر کرد تا به مهندسان در حین تراز کردن کمک کند.
به گفته ناسا، پس از تکمیل تراز آینه - شاید تا اوایل ماه مه - دیگر گام مقدماتی مهم این تیم، کالیبره کردن ابزارهای روی رصدخانه است. انتظار می رود این کار تا تابستان امسال تکمیل شود؛ زمانی که JWST بتواند مشاهدات علمی خود را آغاز کند.
دستور کار علمی این رصدخانه شامل پرداختن به موضوعاتی مانند درک اولین روزهای کیهان، ارزیابی قابلیت سکونت سیارات فراخورشیدی و شناسایی تأثیر ماده تاریک مرموز بر کیهان است.

🔗منبع اصلی خبر:
✔https://www.space.com/james-webb-space-telescope-alignment-photo

✅@PSA_AUT

🌱«یَا مُقَلِّبَ الْقُلُوبِ وَ الْأَبْصَارِ یَا مُدَبِّرَ اللَّیْلِ وَ النَّهَارِ یَا مُحَوِّلَ الْحَوْلِ وَ الْأَحْوَالِ حَوِّلْ حَالَنَا إِلَی أَحْسَنِ الْحَالِ»🌺

🌸فرا رسیدن سال ۱۴۰۱ خورشیدی و شروع قرن پانزدهم بر تمامی ایرانیان خجسته باد.🌱

انجمن علمی فیزیک و‌نجوم دانشگاه صنعتی امیرکبیر

✅@PSA_AUT

🔴💥تکنیکی برای انعطاف پذیرتر کردن محاسبات کوانتومی در برابر نویز، که عملکرد را افزایش می دهد!💥🔴
بخش اول

محاسبات کوانتومی با سرعت زیادی به پیشرفت خود ادامه می‌دهد، اما یکی از چالش‌هایی که میدان را عقب نگه می‌دارد، کاهش نویزی است که گریبانگیر ماشین‌های کوانتومی می‌شود. این منجر به نرخ خطای بسیار بالاتری در مقایسه با رایانه های کلاسیک می شود.
این نویز اغلب به دلیل سیگنال‌های کنترل ناقص، تداخل محیط و برهمکنش‌های ناخواسته بین کیوبیت‌ها، که بلوک‌های سازنده یک کامپیوتر کوانتومی هستند، ایجاد می‌شود. انجام محاسبات روی یک کامپیوتر کوانتومی شامل یک "مدار کوانتومی" است که مجموعه ای از عملیات به نام گیت های کوانتومی است. این گیت های کوانتومی که به تک تک کیوبیت‌ها نگاشت می‌شوند، حالات کوانتومی کیوبیت‌های خاصی را تغییر می‌دهند و سپس محاسبات را برای حل یک مسئله انجام می‌دهند.

اما گیت های کوانتومی نویز ایجاد می کنند که می تواند عملکرد ماشین کوانتومی را مختل کند.
محققان MIT و جاهای دیگر در حال کار برای غلبه بر این مشکل با توسعه تکنیکی هستند که مدار کوانتومی خود را در برابر نویز مقاوم می‌کند. (به طور خاص، این مدارهای کوانتومی «پارامتر شده» هستند که حاوی گیت های کوانتومی قابل تنظیم هستند.) این تیم چارچوبی ایجاد کرد که می‌تواند قوی‌ترین مدار کوانتومی را برای یک کار محاسباتی خاص شناسایی کند و یک الگوی نقشه‌برداری ایجاد کند که برای کیوبیت‌های یک دستگاه کوانتومی هدف‌گذاری شده است.

چارچوب آنها به نام QuantumNAS (جستجوی سازگار با نویز، noise adaptive search)، بسیار کمتر از سایر روش های جستجو محاسبات دارد و می تواند مدارهای کوانتومی را شناسایی کند که دقت یادگیری ماشین و وظایف شیمی کوانتومی را بهبود می بخشد. هنگامی که محققان از تکنیک خود برای شناسایی مدارهای کوانتومی برای دستگاه های کوانتومی واقعی استفاده کردند، مدارهای آنها از مدارهای تولید شده با استفاده از روش های دیگر بهتر عمل کردند.
ادامه دارد... .
✅@PSA_AUT

🔴💥تکنیکی برای انعطاف پذیرتر کردن محاسبات کوانتومی در برابر نویز، که عملکرد را افزایش می دهد!💥🔴
بخش دوم

ایده کلیدی در اینجا این است که بدون این تکنیک، ما باید از هر معماری مدار کوانتومی و سناریوی نقشه برداری در فضای طراحی نمونه برداری کنیم، آنها را آموزش دهیم، ارزیابی کنیم و اگر خوب نبود باید آن را دور بریزیم و از نو شروع کنیم. سونگ هان، دانشیار دپارتمان مهندسی برق و علوم کامپیوتر (EECS) و نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید: با استفاده از این روش، می‌توانیم بسیاری از مدارها و استراتژی‌های نقشه‌برداری مختلف را به‌طور همزمان و بدون نیاز به آموزش زیاد به دست آوریم.

نویسنده اصلی، هانروی وانگ و یوجون لین، هر دو دانشجوی کارشناسی ارشد EECS، به هان در این مقاله می‌پیوندند.

تعدادی انتخاب طراحی

ساخت یک مدار کوانتومی پارامتری شامل انتخاب تعدادی گیت کوانتومی است که عملیات فیزیکی ای هستند که کیوبیت ها انجام خواهند داد. این کار آسانی نیست؛ زیرا انواع مختلفی از گیت ها برای انتخاب وجود دارد. یک مدار همچنین می‌تواند هر تعداد گیت داشته باشد و موقعیت‌های آن گیت‌ها - که روی کیوبیت‌های فیزیکی نقش می شوند - می‌تواند متفاوت باشد.

وانگ می‌گوید: "با انتخاب‌های مختلف، فضای طراحی بسیار بزرگ است. چالش این است که چگونه یک معماری مدار خوب طراحی کنیم. با QuantumNAS، ما می‌خواهیم آن معماری را طوری طراحی کنیم که بتواند در برابر نویز بسیار مقاوم باشد."

محققان بر مدارهای کوانتومی متغیر متمرکز شدند که از گیت های کوانتومی با پارامترهای قابل آموزش استفاده می‌کنند که می‌توانند یک کار یادگیری ماشینی یا شیمی کوانتومی را بیاموزند. برای طراحی یک مدار کوانتومی متغیر، معمولا یک محقق باید مدار را به صورت دستی طراحی کند یا از روش‌های مبتنی بر قانون برای طراحی مدار برای یک کار خاص استفاده کند و سپس سعی کند مجموعه پارامترهای ایده‌آل را برای هر گیت کوانتومی از طریق یک فرآیند بهینه‌سازی بیابد. .

در روش جستجوی ساده، که در آن مدارهای ممکن به صورت جداگانه ارزیابی می‌شوند، پارامترهای هر مدار کوانتومی نامزد باید آموزش داده شوند که منجر به محاسباتی عظیم می‌شود. اما محقق همچنین باید تعداد ایده آل پارامترها و معماری مدار را در وهله اول شناسایی کند.

در شبکه های عصبی کلاسیک، گنجاندن پارامترهای بیشتر اغلب دقت مدل را افزایش می دهد. اما در محاسبات کوانتومی متغیر، پارامترهای بیشتری نیاز به گیت‌های کوانتومی بیشتری دارند که نویز بیشتری ایجاد می‌کنند.

با QuantumNAS، محققان به دنبال کاهش هزینه کلی جستجو و آموزش هستند و در عین حال مدار کوانتومی را که حاوی تعداد ایده‌آل پارامترها و معماری مناسب برای به حداکثر رساندن دقت و به حداقل رساندن نویز است، شناسایی می‌کنند.

ساخت یک "SuperCircuit"

برای انجام این کار، این تیم ابتدا یک "SuperCircuit" طراحی کردند که شامل تمام گیتدهای کوانتومی پارامتری ممکن در فضای طراحی است. از آن SuperCircuit برای تولید مدارهای کوانتومی کوچکتر که قابل آزمایش هستند، استفاده خواهد شد.

ادامه دارد... .
@PSA_AUT

🔴💥تکنیکی برای انعطاف پذیرتر کردن محاسبات کوانتومی در برابر نویز، که عملکرد را افزایش می دهد!💥🔴
بخش سوم

آنها یک بار SuperCircuit را آموزش می دهند و سپس به دلیل اینکه تمام مدارهای نامزد دیگر در فضای طراحی زیرمجموعه های SuperCircuit هستند، پارامترهای مربوطه را که قبلاً آموزش داده شده اند، استفاده می کنند. این باعث کاهش محاسبات فرآیند می شود.

هنگامی که SuperCircuit آموزش داده شد، از آن برای جستجوی ساختارهای مداری استفاده می‌کنند که هدف مورد نظر را برآورده می‌کنند که استحکام بالایی در برابر نویز دارند. این فرآیند شامل جستجوی مدارهای کوانتومی و نگاشت کیوبیت به طور همزمان با استفاده از چیزی است که به عنوان یک الگوریتم جستجوی تکاملی شناخته می شود.

این الگوریتم تعدادی مدار کوانتومی و نقشه برداری کیوبیت را تولید می کند، سپس دقت آنها را با یک مدل نویز یا روی یک ماشین واقعی ارزیابی می کند. نتایج به الگوریتم بازخورد داده می‌شوند که بهترین بخش‌ها را انتخاب می‌کند و از آنها برای شروع دوباره فرآیند استفاده می‌کند تا زمانی که نامزدهای ایده‌آل را پیدا کند.

وانگ توضیح می دهد: "ما می دانیم که کیوبیت های مختلف دارای ویژگی های مختلف و نرخ خطای گیت هستند. از آنجایی که ما فقط از زیرمجموعه ای از کیوبیت ها استفاده می کنیم، چرا از قابل اطمینان ترین آنها استفاده نمی کنیم؟ می توانیم این کار را از طریق جستجوی مشترک در معماری و کیوبیت انجام دهیم".
هنگامی که محققان به بهترین مدار کوانتومی رسیدند، پارامترهای آن را آموزش می‌دهند و با حذف گیت های کوانتومی که مقادیر نزدیک به صفر دارند، هرس گیت های کوانتومی را انجام می‌دهند؛ زیرا آنها کمک زیادی به عملکرد کلی نمی‌کنند. حذف این گیت ها منابع نویز را کاهش می دهد و عملکرد ماشین های کوانتومی واقعی را بیشتر بهبود می بخشد. سپس آنها پارامترهای باقیمانده را برای بازیابی دقت از دست رفته تنظیم می کنند.

پس از اتمام این مرحله، آنها می توانند مدار کوانتومی را روی یک ماشین واقعی مستقر کنند.
هنگامی که محققان مدارهای خود را بر روی دستگاه‌های کوانتومی واقعی آزمایش کردند، از تمام خطوط پایه، از جمله مدارهایی که توسط انسان طراحی شده بودند و سایرین که با استفاده از روش‌های محاسباتی دیگر ساخته شده بودند، بهتر عمل کردند. در یک آزمایش، آنها از QuantumNAS برای تولید یک مدار کوانتومی مقاوم در برابر نویز استفاده کردند که برای تخمین انرژی حالت پایه برای یک مولکول خاص استفاده شد که گام مهمی در شیمی کوانتومی و کشف دارو است. روش آنها تخمین دقیق تری نسبت به هر یک از خطوط پایه داشت.

اکنون که آنها کارآمدی QuantumNAS را نشان داده‌اند، می‌خواهند از این اصول برای مقاوم‌سازی پارامترهای مدار کوانتومی در برابر نویز استفاده کنند. محققان همچنین می‌خواهند مقیاس‌پذیری یک شبکه عصبی کوانتومی را با آموزش یک مدار کوانتومی بر روی یک ماشین کوانتومی واقعی، نه یک کامپیوتر کلاسیک، بهبود بخشند.

یییو شی، استاد علوم و مهندسی کامپیوتر در دانشگاه نوتردام که در این تحقیق دخالتی نداشت، می‌گوید: «این کار جالبی است که به دنبال آنساتز و نقشه‌برداری کیوبیت، مدارهای کوانتومی پارامتریک می‌گردد. متفاوت از روش جستجوی ساده لوحانه که تعداد زیادی از نامزدها را به صورت جداگانه آموزش می دهد و ارزیابی می کند، این کار یک SuperCircuit را آموزش می دهد و از آن برای ارزیابی بسیاری از نامزدها استفاده می کند که بسیار کارآمدتر است.

سونا نجفی،یک دانشمند محقق در IBM Quantum که با این کار درگیر نبود، می گوید:
"در این کار، Hanrui و همکارانش چالش جستجوی یک مدار کوانتومی پارامتری کارآمد را با آموزش یک SuperCircuit و استفاده از آن برای ارزیابی بسیاری از نامزدها که بسیار کارآمد می شود، زیرا به یک روش آموزشی نیاز دارد، کاهش می دهند. هنگامی که SuperCircuit آموزش داده شد، می توان آن را ارزیابی کرد. برای جستجوی مدار ansatz و نگاشت کیوبیت استفاده می شود. پس از آموزش SuperCircuit، می توانیم از آن برای جستجوی مدار ansatz و نگاشت کیوبیت استفاده کنیم. فرآیند ارزیابی با استفاده از مدل های نویز یا اجرا بر روی ماشین کوانتومی واقعی انجام می شود. این پروتکل با استفاده از ماشین‌های کوانتومی IBMQ روی وظایف VQE و QNN آزمایش شده است که انرژی حالت پایه دقیق‌تر و دقت طبقه‌بندی بالاتر را نشان می‌دهد".
برای تشویق کار بیشتر در این زمینه، محققان یک کتابخانه منبع باز به نام TorchQuantum ایجاد کردند که حاوی اطلاعاتی در مورد پروژه ها، آموزش ها و ابزارهای آنهاست که می تواند توسط سایر گروه های تحقیقاتی استفاده شود.

🔗لینک اصلی مقاله :
✔A technique for making quantum computing more resilient to noise, which boosts performance
https://phys.org/news/2022-03-technique-quantum-resilient-noise-boosts.html

@PSA_AUT