پژوهشگران آمریکایی توانستند تشدیدگرهای مایکروویو کم تلفات با کیفیت بالا را که اجزای حیاتی رایانش کوانتومی هستند، ایجاد کنند تا به پیشرفت بزرگی برای جهش کوانتومی دست یابند.

به گزارش ایسنا، گروهی از دانشمندان در ایالات متحده به یک نقطه عطف قابل توجه در حوزه ابررساناها دست یافته‌اند. این پیشرفت می‌تواند پیامدهای قابل توجهی برای آینده محاسبات یا رایانش کوانتومی داشته باشد.

این پژوهش، توسعه یک ماده ابررسانای جدید را شرح می‌دهد که پتانسیل تبدیل رایانش کوانتومی را دارد و به طور بالقوه به عنوان یک «ابررسانای توپولوژیکی» عمل می‌کند.

یک ابررسانای توپولوژیکی نوع خاصی از مواد است که ابررسانایی(مقاومت الکتریکی صفر) را از خود نشان می‌دهد و همچنین دارای خواص منحصر به‌ فردی مربوط به شکل یا توپولوژی آن است.

محققان در بیانیه مطبوعاتی خود توضیح دادند: یک ابررسانای توپولوژیکی از حالت غیرمکانی‌شده یک الکترون یا حفره(یک حفره مانند یک الکترون با بار مثبت رفتار می‌کند) برای حمل اطلاعات کوانتومی و پردازش داده‌ها به شیوه‌ای نیرومند استفاده می‌کند. این برای توسعه رایانه‌های کوانتومی قوی که حساسیت قابل توجهی به اشکال مختلف تداخل از خود نشان می‌دهند، ضروری است.

پِنگ وِی دانشیار فیزیک و نجوم که این تیم را رهبری می‌کرد، گفت: مواد ما می‌تواند یک نامزد امیدوارکننده برای توسعه اجزای محاسباتی کوانتومی مقیاس‌پذیرتر و قابل اعتمادتر باشد.

ترکیبی نوآورانه

محققان تلوریم تریگونال، ماده‌ای را که به دلیل خواص دست‌سان(کایرال) و غیر مغناطیسی شناخته شده است با یک ابررسانای حالت سطحی که بر روی یک لایه نازک از طلا قرار می‌گیرد، ترکیب کردند.

این ترکیب ابتکاری منجر به ایجاد یک ابررسانای رابط دو بعدی با ویژگی‌های متمایز شد که آن را از ابررساناهای معمولی متمایز می‌کند.

در شیمی، زمانی یک مولکول یا یک یون دست‌سان یا کایرال(Chiral) نامیده می‌شود که فارغ از میزان چرخش و نوع جابجایی‌های انجام شده، با تصویر آینه‌ای خود انطباقٰ‌پذیر نباشد.

پنگ وی تاکید کرد: ما با ایجاد یک رابط بسیار تمیز بین ماده کایرال و طلا یک ابررسانای رابط دو بعدی ایجاد کردیم.

دست‌سانی تلوریم مثلثی و ناتوانی آن در قرار گرفتن بر روی تصویر آینه‌ای خود، عنصر منحصر به فردی را به ابررسانا معرفی می‌کند. علاوه بر این، رابط بین ماده دست‌سان(کایرال) و طلا یک محیط مطلوب را ایجاد می‌کند.

پنگ توضیح داد: این ابررسانای رابطی منحصر به ‌فرد است، زیرا در محیطی زندگی می‌کند که انرژی چرخش شش برابر بیشتر از ابررساناهای معمولی افزایش می‌یابد.

این تقویت، پتانسیل استفاده از تحریکات در رابط را برای تولید بیت کوانتومی اسپین یا کیوبیت ایجاد می‌کند. کیوبیت‌ها واحدهای اساسی اطلاعات کوانتومی در رایانه‌های کوانتومی هستند.

کاربردها در رایانش کوانتومی

پیامدهای این کشف به حوزه‌ی به سرعت در حال تکامل رایانش کوانتومی بهره می‌رساند که از اصول مکانیک کوانتومی برای رسیدگی به مشکلات پیچیده فراتر از توانایی‌های رایانه‌های سنتی استفاده می‌کند.

پژوهشگران با موفقیت رزوناتورهای(تشدیدکننده) مایکروویو با کیفیت بالا و کم تلفات ساخته‌اند که اجزای ضروری رایانه‌های کوانتومی هستند که از مواد به طور قابل توجهی نازکتر از آنهایی که معمولا در این صنعت استفاده می‌شود، استفاده می‌کنند.

پنگ وی ضمن تاکید بر اهمیت این دستاورد اظهار داشت: ما این کار را با استفاده از موادی به دست آوردیم که یک مرتبه نازک‌تر از موادی هستند که معمولاً در صنعت رایانش کوانتومی استفاده می‌شوند. تشدیدکننده‌های مایکروویو کم تلفات، اجزای حیاتی رایانش کوانتومی هستند و می‌توانند به کیوبیت‌های ابررسانای کم تلفات منجر شوند.

وی همچنین بر دشواری اصلی در رایانش کوانتومی که در کاهش ناهمدوسی یا تخریب اطلاعات کوانتومی در یک سیستم کیوبیت کمک کننده است، تأکید کرد.

ناهمدوسی(Decoherence) پدیده‌ای است که در آن یک سیستم کوانتومی اطلاعات کوانتومی شکننده خود را در نتیجه تعامل با محیط اطراف خود از دست می‌دهد. این پدیده مانع مهمی در توسعه رایانه‌های کوانتومی کاربردی است.

روش نوآورانه پژوهشگران با استفاده از مواد غیرمغناطیسی برای ایجاد یک رابط بهتر می‌تواند ایجاد اجزای مقیاس‌پذیرتر و قابل اعتمادتر را برای رایانش کوانتومی تسهیل کند.

اکتشافات بیشتر

کار این تیم فراتر از کشف اولیه آنها بود. آنها مشاهده کردند که ابررسانای رابط تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی تحت یک انتقال جالب قرار می‌گیرد. این نشان دهنده تبدیل شدن به یک «ابررسانای سه گانه» است.

این نوع ابررسانا در حضور میدان‌های مغناطیسی پایداری بیشتری را نشان می‌دهد. علاوه بر این، آنها نشان دادند که این ابررسانا به طور طبیعی منابع ناپیوستگی ناشی از نقص مواد را که یک چالش رایج در این زمینه است، سرکوب می‌کند.

ظهور این ماده ابررسانای جدید، همراه با پتانسیل آن برای مقابله با چالش‌های کلیدی در رایانش کوانتومی و کاربردهای امیدوارکننده آن، نشان‌دهنده عصر جدیدی در این زمینه دگرگون‌کننده است.

این ما را به درک رایانه‌های کوانتومی نزدیک‌تر می‌کند که قادر به مدیریت مشکلاتی با پیچیدگی بی‌سابقه هستند.