طلای نانویی امید تازه برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی
پژوهشگران با شناسایی روشی تازه برای بهرهگیری از نانوخوشههای طلا میگویند این ساختارهای فوقریز میتوانند بهعنوان بنیان نسل بعدی رایانش کوانتومی به کار گرفته شوند و حتی جایگزینی مقیاسپذیر برای سامانههای گازی فوقدقیق امروز ارائه دهند.
نانوخوشههای طلا؛ ابراتمهایی برای آینده کوانتومی
به گزارش برنا، تیمی از پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و دانشگاه ایالتی کلرادو نشان دادهاند که نانوخوشههای طلا قادرند رفتار الکترونی مشابه اتمهای گازیِ بهدامافتاده که پیشرفتهترین بسترهای فعلی برای پردازش کوانتومی محسوب میشوند را تقلید کنند. این شباهتها بهویژه در ویژگی اسپین الکترونها مشاهده شده است؛ عاملی کلیدی که دقت، پایداری و کارایی سامانههای کوانتومی را تعیین میکند.
کن نپننبرگر، رئیس دپارتمان شیمی کالج علوم ابرلی پناستیت و سرپرست این پروژه میگوید: برای نخستینبار نشان دادیم نانوخوشههای طلا همان ویژگیهای اسپینی را دارند که در پیشرفتهترین سامانههای اطلاعات کوانتومی مشاهده میشود. نکته مهمتر اینکه میتوانیم میزان قطبش اسپین را در این خوشهها کنترل کنیم؛ در حالی که این ویژگی در بسیاری از مواد ثابت و غیرقابلتغییر است.
نتایج این پژوهش در دو مقاله در نشریات ACS Central Science و Journal of Physical Chemistry Letters منتشر شده است.
نقش اسپین در کارایی سامانههای کوانتومی
اسپین الکترونها که جهت چرخش و میزان همراستایی آنها با یکدیگر را شامل میشود نقش مهمی در واکنشهای شیمیایی و فناوریهای کوانتومی دارد. موادی که الکترونهایشان بهصورت همجهت و همتراز میچرخند، دارای قطبش اسپینی بالا هستند و میتوانند اطلاعات کوانتومی را برای مدت طولانیتری با دقت بالا حفظ کنند.
در سامانههای گازی یونهای بهدامافتاده، الکترونها در حالتهای خاصی موسوم به ریدبرگ قرار میگیرند که امکان قطبش بسیار پایدار و ایجاد برهمنهی کوانتومی را فراهم میکند، اما این سامانهها بهدلیل ماهیت رقیق و پیچیدگی عملیاتی، مقیاسپذیری بسیار دشواری دارند.
چرا طلا؟
یکی از چالشهای بزرگ در توسعه رایانش کوانتومی، انتقال ویژگیهای دقیق و پایدار سامانههای گازی به مواد چگال است؛ زیرا تراکم بالا در مواد جامد باعث دخالتهای محیطی و افزایش نرخ خطا میشود. یافتههای جدید نشان میدهد نانوخوشههای طلا که از یک هسته طلای نانومقیاس و لایهای از لیگاندهای مولکولی تشکیل شدهاند میتوانند بدون از دستدادن ویژگیهای کلیدی همان رفتار اسپینی دقیق را در محیط جامد ارائه دهند.
این ساختارها بهدلیل شباهت رفتاری به اتمها ابراتم نامیده میشوند. پژوهشگران ۱۹ حالت اسپین قطبیده مشابه حالتهای ریدبرگ را در این خوشهها شناسایی کردهاند؛ حالاتی که امکان انجام عملیات کوانتومی مبتنی بر اسپین را فراهم میکند.
تنظیمپذیری شیمیایی برای کنترل اسپین
یکی از نکات برجسته پژوهش، قابلیت کنترل گسترده قطبش اسپین از طریق تغییر لیگاندها است. یکی از خوشهها تنها ۷ درصد قطبش اسپین نشان داد، در حالی که نمونهای با لیگاند متفاوت به حدود ۴۰ درصد رسید مقداری که با برخی از پیشرفتهترین مواد دوبعدی کوانتومی رقابت میکند.
به گفته نپننبرگر ارتعاشات لیگاندها پیوندی مستقیم با رفتار اسپینی دارند. این یعنی میتوانیم با طراحی شیمیایی، قطبش اسپین را در طیفی وسیع تنظیم کنیم؛ قابلیتی که در بسیاری از مواد کوانتومی وجود ندارد.
افقهای تازه برای مواد کوانتومی
پژوهشگران اکنون در حال بررسی این موضوعاند که چگونه تغییرات جزئی در ساختار لیگاندها میتواند رفتار اسپینی و پایداری کوانتومی را بهطور دقیق تنظیم کند. این مسیر میتواند شیمیدانان را به بازیگران مهمتری در حوزه علم اطلاعات کوانتومی تبدیل کند.
نپننبرگر افزود: تاکنون بیشتر پیشرفتها در این حوزه توسط فیزیکدانان و دانشمندان علم مواد رقم خورده اما این نتایج نشان میدهد شیمی میتواند نقشی تعیینکننده در طراحی مواد با ویژگیهای کوانتومی تنظیمپذیر ایفا کند. این یک مرز تازه برای علم کوانتوم است.
انتهای پیام/
