ساخت بیت کوانتومی از الماس

بر اساس نتایج کار محققان در آزمایشگاه ملی آرگون (DOE) وزارت انرژی آمریکا، دانشگاه شیکاگو و دانشگاه کمبریج، فناوری محاسبات کوانتومی ممکن است یک ساختار جدید برای تولید کیوبیت را در اختیار داشته باشد

این گروه تحقیقاتی با کشیدن لایه‌های نازک الماس، بیت‌های کوانتومی را ایجاد کردند که می‌توانند با تجهیزات و هزینه‌های قابل توجه کمتری کار کنند. این تغییر همچنین کنترل بیت‌ها را آسان‌تر می‌کند.

یافته‌های آنها در قالب مقاله‌ای با عنوان Microwave-Based Quantum Control and Coherence Protection of Tin-Vacancy Spin Qubits in a Strain-Tuned Diamond-Membrane Heterostructure در مجله Physical Review به چاپ رسیده است. محققان امیدوارند که بتوانند شبکه‌های کوانتومی آینده را عملی‌تر کنند.

الکس هایت، استادیار دانشکده مهندسی مولکولی می‌گوید: «این روش به شما امکان می‌دهد تا دمای عملیاتی این سیستم‌ها را به‌طور چشمگیری افزایش دهید، تا جایی که استفاده از آن‌ها به منابع بسیار کمتری نیاز داشته باشد.»

بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها دارای ویژگی‌های منحصربه‌فردی هستند که آنها را مورد توجه دانشمندان قرار می‌دهد؛ برای مثال می‌توانند عملاً در برابر تلاش‌های هک غیرقابل نفوذ باشند. اما چالش‌های مهمی وجود دارد که باید قبل از تبدیل شدن به یک فناوری گسترده و روزمره، آنها را حل کرد.

یکی از مسائل اصلی در درون «گره» نهفته است که اطلاعات را در طول یک شبکه کوانتومی منتقل می‌کند. کیوبیت‌هایی که این گره‌ها را تشکیل می‌دهند به گرما و ارتعاشات بسیار حساس هستند، بنابراین دانشمندان باید آنها را تا دمای بسیار پایین خنک کنند تا کار کنند.

اکثر کیوبیت‌ها برای راه‌اندازی به یک یخچال مخصوص به اندازه یک اتاق و تیمی از افراد بسیار آموزش‌دیده نیاز دارند، بنابراین یک شبکه کوانتومی صنعتی نیاز به زیرساخت و نیروی کار زیادی دارد.

یکی از امیدوارکننده‌ترین انواع کیوبیت‌ها از الماس ساخته می‌شود. این کیوبیت‌ها باید تا اندکی بالای صفر مطلق خنک شوند.

این تیم می‌خواست ساختار الماس را اصلاح کند تا ببیند چه پیشرفت‌هایی می‌تواند انجام دهد. دانشمندان دریافتند که اگر یک لایه نازک از الماس را روی شیشه داغ قرار دهند، می‌توانند الماس را در سطح مولکولی بکشند. چنین ساختاری را می‌توان با امواج ماکروویو نیز ایجاد کرد.

مت آتاتور، استاد فیزیک دانشگاه کمبریج و یکی از نویسندگان این مقاله گفت: «با ترکیب زمان انسجام طولانی‌مدت و کنترل کوانتومی از طریق امواج مایکروویو، مسیر توسعه دستگاه‌های مبتنی بر الماس برای شبکه‌های کوانتومی روشن است.»