رایانههای کوانتومی در جیب جا میشوند/ عمر مگنونها ۱۰۰ برابر شد
پژوهشگران دانشگاه وین در اتریش با دستیابی به روشی جدید برای افزایش چشمگیر طول عمر مگنونها (Magnons) گام مهمی در مسیر توسعه رایانههای کوانتومی کوچک، سریع و مقیاسپذیر برداشتهاند. این دستاورد که نتایج آن در نشریه Science Advances منتشر شده است میتواند راه را برای ساخت رایانههای کوانتومی بسیار فشرده، حتی در ابعاد یک سکه، هموار کند.
به گزارش ساینس تک دیلی، مگنونها سالهاست بهعنوان یکی از امیدوارکنندهترین گزینهها برای فناوریهای کوانتومی شناخته میشوند، اما یک مانع اساسی مانع استفاده عملی از آنها بوده است. این ذرات شبهکوانتومی تنها چند صد نانوثانیه پس از تشکیل از بین میروند و فرصت کافی برای انتقال یا ذخیره اطلاعات کوانتومی را ندارند.
اکنون گروهی بینالمللی از فیزیکدانان به سرپرستی آندری چومک از دانشگاه وین موفق شدهاند طول عمر مگنونها را نزدیک به ۱۰۰ برابر افزایش دهند بهگونهای که این زمان از چند صد نانوثانیه به ۱۸ میکروثانیه رسیده است. این افزایش چشمگیر میتواند مگنونها را از سیگنالهایی بسیار زودگذر به حاملهایی پایدار برای اطلاعات کوانتومی تبدیل کند.
مگنون چیست و چرا اهمیت دارد؟
مگنونها امواج بسیار کوچکی از مغناطش هستند که درون مواد مغناطیسی جامد حرکت میکنند و رفتار آنها مشابه موجهایی است که پس از افتادن سنگ در آب ایجاد میشود. برخلاف فوتونها که میتوانند در فضای آزاد یا فیبرهای نوری حرکت کنند مگنونها تنها درون مواد مغناطیسی منتشر میشوند.
یکی از مهمترین ویژگیهای مگنونها طول موج بسیار کوتاه آنها در مقیاس نانومتر است؛ ویژگیای که امکان ساخت مدارهای مگنونیکی بسیار کوچک را روی تراشههایی هماندازه تراشههای امروزی تلفنهای هوشمند فراهم میکند.
علاوه بر این مگنونها میتوانند بهطور طبیعی با دیگر شبهذرات بنیادی مانند فونونها و فوتونها برهمکنش داشته باشند. همین ویژگی آنها را به گزینهای مناسب برای توسعه سامانههای کوانتومی هیبریدی و ابزارهای اندازهگیری فوقدقیق کوانتومی تبدیل کرده است.
افزایش طول عمر مگنونها چگونه ممکن شد؟
پژوهشگران برای دستیابی به این رکورد از دو راهکار همزمان استفاده کردند.
در مرحله نخست به جای استفاده از مگنونهای متداول از مگنونهای با طول موج کوتاه بهره گرفتند. این نوع مگنونها نسبت به نقصهای موجود در سطح بلور حساسیت بسیار کمتری دارند؛ نقصهایی که پیش از این عامل اصلی کاهش طول عمر آنها محسوب میشدند.
در مرحله دوم محققان از کرههایی بسیار خالص از ماده گارنت آهن ایتریوم (YIG) استفاده کردند و آنها را در یک سامانه برودتی پیشرفته تا دمای ۳۰ میلیکلوین یعنی تنها کسری از درجه بالاتر از صفر مطلق سرد کردند. در چنین دمای فوقالعاده پایینی، فرآیندهای گرمایی که معمولا باعث نابودی مگنونها میشوند تقریبا بهطور کامل متوقف میشوند.
کیفیت مواد عامل اصلی محدودیت
یکی از مهمترین یافتههای این پژوهش آن است که محدودیت فعلی طول عمر مگنونها ناشی از قوانین بنیادی فیزیک نیست بلکه بیشتر به وجود ناخالصیهای بسیار جزئی در ساختار بلور بستگی دارد.
پژوهشگران سه نمونه YIG با درجات مختلف خلوص را آزمایش کردند و دریافتند هرچه ماده خالصتر باشد مگنونها مدت بیشتری پایدار میمانند. حتی کمخلوصترین نمونه نیز رکوردهای پیشین را پشت سر گذاشت. این نتیجه نشان میدهد پیشرفتهای آینده بیش از آنکه به کشف قوانین جدید فیزیکی وابسته باشد به تولید مواد با خلوص بالاتر بستگی خواهد داشت.
گامی به سوی رایانههای کوانتومی بسیار کوچک
به گفته محققان دستیابی به طول عمر ۱۸ میکروثانیه میتواند نقش مگنونها را در سامانههای کوانتومی بهطور اساسی تغییر دهد. آنها اکنون میتوانند علاوه بر انتقال اطلاعات بهعنوان حافظههای کوانتومی پایدار و کانالهای ارتباطی کماتلاف روی تراشه نیز عمل کنند.
همچنین مگنونها این ظرفیت را دارند که صدها کیوبیت را از طریق یک مسیر مشترک به یکدیگر متصل کنند و نقش یک اتوبوس کوانتومی را ایفا کنند؛ فناوریای که سالهاست یکی از قطعات گمشده برای ساخت رایانههای کوانتومی مقیاسپذیر محسوب میشود.
از سوی دیگر توانایی مگنونها در برهمکنش با سامانههای مختلف کوانتومی میتواند آنها را به نوعی مترجم جهانی در معماریهای کوانتومی هیبریدی تبدیل کند و ارتباط میان فناوریهای کوانتومی مختلف را که تاکنون بهسختی با یکدیگر تعامل داشتند امکانپذیر سازد.
این دستاورد میتواند مسیر توسعه نسل آینده رایانههای کوانتومی را هموار کند. رایانههایی که در آینده نهچندان دور با ابعادی در حد یک سکه، توان پردازشی بسیار فراتر از ابررایانههای امروزی ارائه خواهند داد.
انتهای پیام/
