انقلاب کوانتومی در دمای اتاق؛ تراشه استنفورد قوانین بازی را عوض کرد
پژوهشگران دانشگاه استنفورد یک پلتفرم کوانتومی در مقیاس نانو طراحی کردهاند که بدون نیاز به سرمایش شدید و در دمای اتاق کار میکند؛ پیشرفتی که میتواند مسیر ارتباطات و محاسبات کوانتومی را دگرگون کند.
به گزارش interesting engineering، در حالی که رایانههای کوانتومی فعلی باید در دماهای نزدیک به صفر مطلق نگهداری شوند، این فناوری تازه با استفاده از ساختارهای مهندسیشده سیلیکونی و مواد ویژه امکان پایدارسازی کیوبیتها را بدون تجهیزات گرانقیمت برودتی فراهم میکند.
اتصال پایدار بین فوتونها و الکترونها
این تراشه جدید اسپین فوتونها و الکترونها را در هم میتند؛ فرایندی حیاتی برای انتقال و پردازش اطلاعات کوانتومی.
جنیفر دیون، استاد مهندسی مواد و نویسنده ارشد مقاله میگوید: خود این ماده جدید نیست، اما نوع استفاده ما از آن نوآورانه است. ما پیوندی پایدار و همهکاره میان اسپین الکترون و فوتون ایجاد کردهایم که پایه نظری ارتباطات کوانتومی است.
او تاکید میکند که الکترونها معمولا اسپین خود را بسیار سریع از دست میدهند و استفاده از آنها را دشوار میکنند.
نور پیچخورده و اسپین کوانتومی
این سامانه از ترکیب یک لایه الگویابیشده از مولیبدن دیسلنید و تراشه سیلیکونی نانوطرحدار ساخته شده است. این ماده از خانواده دیکالکوژنیدهای فلزات واسطه است که به پاسخهای اپتیکی بسیار قوی شهرت دارد.
فنگ پن، پژوهشگر پسادکتری و نویسنده اول مقاله میگوید ساختارهای نانویی سیلیکونی نوعی نور موسوم به نور پیچخورده تولید میکنند؛ نوری که فوتونهای آن به شکل مارپیچ میچرخند. او توضیح میدهد: این فوتونهای چرخان میتوانند اسپین خود را به الکترونها منتقل کنند؛ موضوعی که در قلب محاسبات کوانتومی قرار دارد.
به گفته دیون، الگوهای ایجادشده روی تراشه آنقدر کوچکاند که با چشم غیرمسلح قابل تشخیص نیستند و ابعادی تقریبا در حد طول موج نور مرئی دارند. پن نیز میگوید این نور پیچخورده توانایی درهمتنیدگی با اسپین الکترونها و تشکیل کیوبیتها را دارد؛ ساختارهایی که مانند صفر و یک در رایانش کلاسیک عمل میکنند، اما پیچیدگی بسیار بیشتری دارند.
گامی به سوی سامانههای کوچکتر و قابلاستفادهتر
سامانههای کوانتومی موجود برای جلوگیری از ازدسترفتن انسجام باید فوقالعاده سرد نگه داشته شوند؛ امری که این فناوریها را بزرگ، پرهزینه و محدود به آزمایشگاههای تخصصی میکند. طراحی جدید استنفورد میتواند راه را برای فناوریهای کوانتومی عملی، کوچک و ارزان هموار کند.
به اعتقاد پژوهشگران کارکرد این دستگاه در دمای اتاق میتواند توسعه کاربردهایی مانند ارتباطات امن، هوش مصنوعی، حسگرهای پیشرفته و رایانش کوانتومی را شتاب دهد.
پن میگوید کلید اصلی این پیشرفت همافزایی مواد TMDC و تراشه سیلیکونی بوده است: این دو با هم باعث میشوند نور پیچخورده بهطور کارآمد محبوس و تقویت شود و پیوند اسپینی قوی میان فوتون و الکترون شکل بگیرد.
دیون و پن اکنون در حال بهبود عملکرد دستگاه و بررسی ترکیبهای مادی جدید برای تقویت کارایی آن هستند. آنها همچنین در حال مطالعه روی اتصال این پلتفرم به سامانههای کوانتومی بزرگتر هستند؛ مسیری که نیازمند منابع نوری تازه، آشکارسازها، ارتباطدهندهها و سختافزارهای پشتیبان جدید است.
پن میگوید: اگر بتوانیم این مسیر را کامل کنیم شاید روزی بتوان رایانش کوانتومی را در یک تلفن همراه انجام داد، اما این موضوع حداقل ۱۰ سال زمان میبرد.
این پژوهش در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
انتهای پیام/
