فناوری جدیدی که زمان ذخیره‌سازی کوانتومی اطلاعات را ۱۰ هزار برابر می‌کند
با تلاش یک تیم پژوهشی بین‌المللی اکنون بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها می‌توانند اطلاعات را برای مدت زمان بیشتری نگه دارند. موضوعی که تحولی عظیم در صنعت رایانه‌های کوانتومی خواهد بود.
پژوهشگران با ترکیب حرکت مداری و چرخش درون اتم‌ها، زمان نگهداری یا زمان همدوسی (Coherence Time) را به ۱۰ میلی‌ثانیه که ۱۰ هزار بار طولانی‌تر از زمان قبلی است، افزایش داده‌اند. این افزایش زمان نگهداری اطلاعات، اثر زیادی برای پیشرفت فناوری اطلاعات دارد زیرا زمان همدوسی بیشتر باعث می‌شود که کیوبیت‌های چرخشی-گردشی گزینه‌ای ایدئال برای ساخت رایانه‌های بزرگ کوانتومی باشند.
گفتنی است زمان همدوسی، زمانی است که در آن می‌توان یک موج الکترومغناطیس منتشر شده (مانند لیزر) را متمرکز دانست و فاز موج، به طور میانگین، قابل پیش‌بینی است. در مکانیک کوانتومی ذراتی مانند الکترون به صورت تابع موج توصیف می‌شوند.
«تاکاشی کوبایاشی» (Takashi Kobayashi) پژوهشگر ارشد این مطالعه از دانشگاه نیوساوث ولز (University of New South Wales) سیدنی در این‌باره گفت: «ما یک کیوبیت چرخشی-گردشی را با استفاده از یک ذره‌ی باردار، که به صورت یک حفره‌ی به دام افتاده توسط ناخالصی بلور سیلیکون ظاهر می‌شود، تعریف کردیم. حرکت مداری و چرخش حفره به شدت با یکدیگر پیوند خورده و قفل شده‌اند. این مشابه یک جفت چرخ‌دنده است که حرکت چرخشی و گردشی آن به یکدیگر وابسته است.»
کیوبیت چرخشی-گردشی همانند چرخ‌دنده‌ی ساعت
Credit: Takashi Kobayashi, Tohoku University
کیوبیت‌ها با چرخش یا حرکت مداری ذرات باردار کدگذاری شده‌اند و مزایای مختلفی را ایجاد می‌کنند که برای ساخت رایانه‌های کوانتومی بسیار نیاز است. برای استفاده از مزایای کیوبیت‌ها، دکتر کوبایاشی و همکارانش به طور خاص از یک ذره‌ی عجیب باردار در سیلیکون برای تعریف کیوبیت استفاده کردند، زیرا حرکت مداری و چرخش حفره‌های سیلیکون به هم پیوسته است.
به گفته‌ی کوبایاشی، کیوبیت‌های در حال گردش مداری و چرخش به دور خود (کیوبیت چرخشی-گردشی) که توسط حفره‌ها کدگذاری می‌شوند، به میدان‌های الکتریکی بسیار حساس هستند و امکان کنترل سریع‌تر و مزایایی را فراهم می‌کند که موجب ارتقاء رایانه‌های کوانتومی می‌شود. اگرچه مدت زمان همدوسی برخی از کیوبیت‌ها که تحت تأثیر نویز الکتریکی قرار می‌گیرند، محدود می‌شود و اطلاعات را کمتر نگهداری می‌کنند.
این استاد دانشگاه دانشگاه توهوکو (Tohoku) ژاپن افزود: «در این پژوهش ما با کشیدن بلور سیلیکون مانند یک نوار لاستیکی، حساسیت کیوبیت‌های چرخشی-گردشی را به میدان الکتریکی مهندسی کردیم. این مهندسی کیوبیت‌ها به ما امکان می‌دهد در حالی که همچنان حساسیت الکتریکی متوسطی را برای کنترل کیوبیت‌ها حفظ کرده‌ایم، زمان همدوسی را به شکل چشمگیری افزایش دهیم.»
برای درک این موضوع به چرخ‌دنده‌های ساعت بیندیشید که حرکت انفرادی و چرخش آنها پیرامون خود، کل مکانیزم ساعت را برای حفظ زمان پیش می‌برد. این نه چرخش، و نه حرکت مداری است، بلکه ترکیبی از آنهاست که اطلاعات را به جلو می‌برد.
به گفته‌ی پژوهشگران این نتایج راهی برای توسعه‌ی سیستم‌های کوانتومی مصنوعی و بهبود عملکرد و مقیاس‌پذیری فناوری‌های کوانتومی می‌گشاید. نتایج این پژوهش ۲۰ جولای (۳۰ تیر) در نشریه‌ی Nature Materials منتشر شده است.
Credit: Tohoku University
منبع: Physics.Org
