یک تکنیک بی سیم به یک کامپیوتر کوانتومی فوق سرد این امکان را می دهد که داده ها را بدون ایجاد گرمای بیش از حد ارسال و دریافت کند. گرما باعث ایجاد خطا در کوانتوم بیت‌ها یا کیوبیت ها (که بلوک‌های سازنده یک کامپیوتر کوانتومی) می‌شود، به خاطر همین سیستم‌های کوانتومی معمولاً در یخچال‌هایی نگهداری می‌شوند که دما را تقریبا در صفر مطلق (459- درجه فارنهایت) نگه می‌دارند.
اما کامپیوترهای کوانتومی نیاز دارند با وسایل الکترونیکی خارج از یخچال که در محیطی با دمای اتاق قرار دارند، ارتباط برقرار کنند. کابل‌های فلزی که این وسایل الکترونیکی را به کیوبیت ها متصل می‌کنند، گرما را به یخچال وارد می‌کنند، که این باعث می شود یخچال برای سرد نگه‌داشتن سیستم انرژی بیشتری مصرف کندتا نیروی اضافی تولید شده را جذب کند. علاوه بر این، برای کیوبیت‌های بیشتر به کابل‌های بیشتری نیاز است، بنابراین تعداد کیوبیت های یک سیستم کوانتومی (اندازه سیستم کوانتومی) به توان یخچال محدود می‌شود.
برای غلبه بر این چالش، یک تیم از محققان دانشگاه MIT یک سیستم ارتباطی بی‌سیم ایجاد کرده‌اند که یک کامپیوتر کوانتومی را قادر می‌سازد تا با استفاده از امواج تراهرتز با سرعت بالا، داده‌ها را بین سیستم کوانتومی و وسایل الکترونیکی خارج از یخچال منتقل کند.
یک تراشه فرستنده و گیرنده که در داخل یخچال قرار می گیرد می تواند داده ها را دریافت و ارسال کند. امواج تراهرتز تولید شده در خارج از یخچال از طریق یک پنجره شیشه ای به داخل تابیده می شوند. داده های رمزگذاری شده روی این امواج را می توان توسط تراشه دریافت کرد. این تراشه همچنین به عنوان یک آینه عمل می کند و داده ها را از امواج تراهرتزی که از کیوبیت ها منعکس می شود، به منبع خود می رساند.
این فرآیند انعکاس همچنین مقدار زیادی از نیروی ارسالی به یخچال را پس می‌دهد، بنابراین این فرآیند تنها مقدار کمی گرما تولید می‌کند. سیستم ارتباطی بدون تماس تا 10 برابر کمتر از سیستم های دارای کابل فلزی انرژی مصرف می کند.
مدیر ارشد این پروژه Ruonan Han می گوید:” با داشتن این حالت بازتاب، شما واقعاً در مصرف انرژی داخل یخچال صرفه جویی می کنید. در حالی که این هنوز فقط یک نمونه اولیه است و همچنان فضا برای بهبود وجود دارد،
با این وجود حتی در این مرحله نیز مصرف انرژی کمتر در داخل یخچال را نسبت به حالت استفاده از کابل های فلزی نشان داده‌ایم. من معتقدم که این روش می‌تواند راهی برای ساختن سیستم‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ باشد.”
آینه های کوچک
تراشه فرستنده و گیرنده مربعی، با ابعاد حدود 2*2 میلی متر، بر روی یک کامپیوتر کوانتومی در داخل یخچال (کرایواستات) قرار می گیرد. این نکته قابل ذکر است که دماهای بسیار سرد به تراشه آسیب نمی رساند. حتی، باعث می شود تا کارایی بیشتری نسبت به دمای اتاق داشته باشد.
تراشه با استفاده از یک فرآیند ارتباطی پسیو به نام backscatter که شامل بازتاب است، داده ها را از منبع موج تراهرتز در خارج از کرایواستات ارسال و دریافت می کند. مجموعه ای از آنتن ها در بالای تراشه، که هر کدام از آنها فقط حدود 200 میکرومتر اندازه دارند، به عنوان آینه های کوچک عمل می کنند. این آینه ها را می توان برای انعکاس امواج روشن یا خاموش کرد.
منبع تولید موج تراهرتز داده‌ها را روی امواجی که به کرایواستات می فرستد، رمزگذاری می‌کند و آنتن‌ها در حالت خاموش می‌توانند آن امواج و داده‌های کد شده در آن ها را دریافت کنند.
وقتی آینه‌های کوچک روشن می‌شوند، می‌توان آنها را طوری تنظیم کرد که موجی را به شکل فعلی آن منعکس کنند یا فاز آن را قبل از انعکاس معکوس کند. اگر موج منعکس شده فاز یکسانی داشته باشد، نشان دهنده 0 است، اما اگر فاز معکوس باشد، نشان دهنده 1 است. مدارات الکترونیک خارج از کرایواستات می تواند آن سیگنال های باینری را برای رمزگشایی داده ها تفسیر کند.
Han می گوید: “این فناوریbackscatter ، یک فناوری نو نیست. به عنوان مثال، RFID ها بر اساس ارتباطات backscatter هستند و ایده به کار رفته در این پروژه وام گرفته از همین فناوری است.”
مزایای تراهرتز
داده ها با استفاده از امواج تراهرتز با سرعت بالا، که در طیف الکترومغناطیسی بین امواج رادیویی و نور مادون قرمز قرار دارند، منتقل می شوند.
از آنجایی که امواج تراهرتز بسیار کوچکتر از امواج رادیویی هستند، تراشه و آنتن های آن نیز می توانند کوچکتر باشند، که ساخت دستگاه را در مقیاس کوچک آسان تر می کند. امواج تراهرتز همچنین فرکانس بالاتری نسبت به امواج رادیویی دارند، بنابراین می توانند داده ها را بسیار سریعتر انتقال دهند و حجم بیشتری از اطلاعات را جابجا کنند.
اما از آنجایی که امواج تراهرتز فرکانس کمتری نسبت به امواج نوری مورد استفاده در سیستم های فوتونیک دارند، امواج تراهرتز نویز کوانتومی کمتری را حمل می کنند که منجر به تداخل کمتری با پردازنده های کوانتومی می شود.
نکته مهم این است که تراشه فرستنده و گیرنده و لینک های تراهرتز را می توان به طور کامل با فرآیندهای ساخت استاندارد بر روی یک تراشه CMOS ساخت، بنابراین می توان آنها با بسیاری از سیستم ها و تکنیک های فعلی ادغام کرد.
محققان توانستند داده‌ها را با سرعت 4 گیگابیت در ثانیه با نمونه اولیه خود انتقال دهند، اما می‌خواهند سرعت و کارایی سیستم را با استفاده از فیبرهای تراهرتز که تنها چند صد میکرومتر عرض دارند، بهبود بخشند. گروه هان نشان داده است که این سیم‌های پلاستیکی می‌توانند داده‌ها را با سرعت 100 گیگابیت در ثانیه انتقال دهند و عایق حرارتی بسیار بهتری نسبت به کابل‌های فلزی که ضخیم تر هستند، دارند.
محققان همچنین می خواهند طراحی فرستنده و گیرنده خود را برای افزایش تعداد کیوبیت ها و بهره وری بهتر انرژی همچنان بهبود دهند و از آنجایی که تولید امواج تراهرتز به توان زیادی نیاز دارد، در تلاش هستند تا روش‌های کارآمدتری که از تراشه‌های کم‌هزینه استفاده می‌کنند را بکار گیرند
