کیوبیت‌های جدید سیلیکون کاربید ما را یک قدم به شبکه‌های کوانتومی نزدیک‌تر می‌کنند

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۱۶ ژانویه ۲۰۲۲
لینک منبع: New Silicon Carbide Qubits Bring Us One Step Closer to Quantum Networks

کامپیوترهای کوانتومی ممکن است قادر به حل مسائل علمی باشند که برای سریع‌ترین ابرکامپیوترهای مرسوم امروزی غیرممکن هستند. سنسورهای کوانتوم ممکن است قادر به اندازه‌گیری سیگنال‌هایی باشند که نمی‌توانند توسط حساس‌ترین سنسورهای امروزی اندازه‌گیری شوند. بیت‌های کوانتومی (کیوبیت‌ها) بلوک‌های سازنده برای این دستگاه‌ها هستند. دانشمندان در حال بررسی چندین سیستم کوانتومی برای محاسبات کوانتومی و کاربردهای حسگری هستند. یکی از این سیستم‌ها، کیوبیت های اسپینی است که براساس کنترل جهت‌گیری چرخش الکترون در جایگاه‌های عیوب در مواد نیمه‌رسانا است که کیوبیت‌ها را می‌سازند. نقص‌ها می‌توانند شامل مقادیر کمی از مواد باشند که متفاوت از مواد اصلی هستند یک نیمه‌رسانا از آن ساخته شده‌است. محققان اخیرا نشان داده‌اند که چگونه کیوبیت های چرخان با کیفیت بالا را براساس عیوب کروم در کاربید سیلیکون ایجاد کنند.

اتم‌های کروم قرار داده‌شده در کاربید سیلیکون به‌نوان ذرات ریز عمل می‌کنند. اتم‌ها دو جایگاه را در شبکه اشغال می‌کنند، که نور را در طول‌موج‌های مختلف منتشر می‌کنند (بالا سمت راست). نوسانات در گسیل نور از این اتم‌ها یک خاصیت کوانتومی است (پایین سمت راست). اعتبار: عکس اهدایی از دانشگاه شیکاگو

تاثیر

محققان در حال بررسی عیوب کروم در کاربید سیلیکون به‌عنوان کیوبیت‌های چرخشی بالقوه هستند. یکی از مزیت‌های این کیوبیت‌های اسپینی این است که آن‌ها نور را در طول‌موج‌هایی که با فیبرهای نوری از راه دور سازگار هستند، منتشر می‌کنند. این بدان معنی است که آن‌ها به‌طور بالقوه برای شبکه‌های کوانتومی مفید هستند که از فیبر نوری برای اتصال کیوبیت‌ها استفاده می‌کنند. متاسفانه، مسایل مربوط به کیفیت مواد، قابلیت حیات این ذرات اسپینی را محدود کرده‌است. محققان به تازگی راه‌های جدیدی را برای ایجاد عیوب کروم در کاربید سیلیکون بررسی کرده‌اند. آن‌ها یون‌های کروم را در کاربید سیلیکون کار گذاشتند و سپس آن‌ها را تا بیش از ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد حرارت دادند. این امر ماده‌ای با عیوب اسپینی تولید می‌کند که کیفیت کیوبیت بسیار بالاتری دارد. این نتیجه می‌تواند منجر به ارتباطات کوانتومی شود که امروزه از تکنولوژی‌های نیمه‌رسانا و فیبر نوری استفاده می‌کنند.

خلاصه

تعداد رو به رشدی از تلاش‌ها برای تجاری‌سازی کامپیوترهای کوانتومی و سنسورهای کوانتومی به شدت در انواع خاصی از کیوبیت‌ها سرمایه‌گذاری کرده‌اند. با این حال، محققان باید بر چالش‌های متعددی برای تحقق محاسبات کوانتومی عملی، ارتباطات و سنجش غلبه کنند. برای مثال، آن‌ها به درک بهتری از محدودیت‌های اساسی انواع مختلف کیوبیت‌ها نیاز دارند. کیوبیت‌های چرخشی بسیار جالب هستند زیرا اسپین الکترونیکی می‌تواند اطلاعات را برای مدت طولانی در مقایسه با انواع دیگر کیوبیت‌ها ذخیره کند. علاوه بر این، این کیوبیت‌ها می‌توانند در دمای اتاق عمل کنند، و می‌توانند و با استفاده از اپتیک (به‌صورت چشمی) قابل کنترل و خواندن هستند. رابط‌های نوری برای توسعه این فناوری مهم خواهند بود زیرا فوتون ها می‌توانند اطلاعات کوانتومی را با استفاده از شبکه‌های فیبر مخابراتی موجود در فواصل دور منتقل کنند.

تحقیقات گزارش شده در اینجا نشان داد که یون‌های کروم قرار داده‌شده در بسترهای کاربید سیلیکون تجاری موجود و سپس در دمای بالا حرارت داده‌شده و سپس گرم‌شدند، نقص‌های اسپینی ایجاد کردند که می‌توانند برای کیوبیت‌های اسپین مورد استفاده قرار گیرند. با ادامه جستجو برای کیوبیت ایده‌آل توسط محققان می‌توان از همین روش برای ایجاد نقایص وانادیوم یا مولیبدن استفاده کرد.

این متن با استفاده از ربات ‌ترجمه مقالات کوانتوم ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است. در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.