این دستاورد مهم گسترش تراشه کوانتومی با ۱ میلیون کیوبیت را ممکن می‌کند_اصفهانیا

محققان توانستند به خالص‌ترین حالت سیلیکون برای ساخت کیوبیت‌ها دست یابند. این سیلیکون خالص می‌تواند با مزایای خود نسبت به دیگر عناصر، گسترش تراشه و کامپیوترهای کوانتومی با یک میلیون کیوبیت را ممکن کند.

بر پایه گزارش Live Science و مقاله منتشرشده در نیچر، محققان دانشگاه منچستر انگلستان به شکل تازه و بسیار خالص سیلیکون (ماده نیمه‌رسانا مورد منفعت گیری در کامپیوترهای معمولی) به‌گفتن مبنایی برای ساخت کیوبیت در کامپیوترهای کوانتومی دست یافتند که زیاد کارآمدتر از فناوری‌های حاضر است.

گسترش کامپیوترهای کوانتومی با سیلیکون خالص

درحالی که بیت‌ها در کامپیوترهای معمولی به طور «۰ و ۱» رمزگذاری خواهد شد، کیوبیت‌ها در کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند برهم‌نهی این دو حالت باشند، به این معنی که دارای یک قابلیت کوانتومی موسوم به «همدوسی» (Coherence) می باشند و می‌توانند ۰ و ۱ را به طور موازی پردازش کنند.

به‌حرف های دانشمندان، کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند حتی پرقدرت از سریع‌ترین ابرکامپیوترهای جاری جهان باشند، اما برای رسیدن به این مقصد به نزدیک به یک میلیون کیوبیت نیاز دارند. بزرگ‌ترین کامپیوتر کوانتومی امروزی تقریباً ۱۰۰۰ کیوبیت دارد.

قضیه کلیدی در محاسبات کوانتومی این است که کیوبیت‌ها «نویزدار» می باشند، به این معنی که به‌شدت مستعد اختلال‌هایی همانند تغییرات دما می باشند و باید تا نزدیک به صفر مطلق خنک شوند. این بدان معناست که حتی اگر ما یک کامپیوتر کوانتومی با میلیون‌ها کیوبیت داشته باشیم، زیاد بی فایده خواهد می بود.

کیوبیت‌ها طبق معمولً از فلزات ابررسانا همانند تانتالم و نیوبیم ساخته خواهد شد چون دارای رسانایی و مقاومت تقریباً بی‌نهایتی می باشند. اکنون به‌حرف های محققان، ساخت کیوبیت‌ها از مواد نیمه‌رسانا همانند سیلیکون، گالیم یا ژرمانیم نسبت به کیوبیت‌های فلزی ابررسانا بهتر است. برای مثال ساخت آن‌ها ارزان است، در دماهای بالاتر کار می‌کنند و زیاد کوچک می باشند.

در مطالعه تازه، دانشمندان بعد از پاک‌کردن ناخالصی‌های حاضر در سیلیکون طبیعی، یک کیوبیت از سیلیکون ۲۸ (Si-28) ساختند که آن را «خالص‌ترین سیلیکون جهان» توصیف می‌کنند.

سیلیکون طبیعی طبق معمولً از سه ایزوتوپ یا اتم‌هایی با جرم‌های گوناگون Si-28 ،Si-29 و Si-30 راه اندازی شده است. سیلیکون طبیعی به‌علت خواص متالوئیدی خود در محاسبات معمولی به‌خوبی کار می‌کند، اما زمان منفعت گیری از آن در محاسبات کوانتومی علتمشکلاتی می‌شود. در پژوهش حاضر، دانشمندان با گسترش روشی تازه، توانستند سیلیکون ۲۸ را از اتم‌های Si-29 و Si-30 که علتاختلال خواهد شد، جدا کنند.

نویسنده ارشد این پژوهش درمورد دستاورد تیم محققان می‌گوید:

«کاری که ما توانسته‌ایم انجام دهیم این است که یک «آجر» حیاتی برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر سیلیکون تشکیل کردیم. این یک قدم مهم برای رسیدن به فناوری است که پتانسیل متغیرکردن [زندگی] بشر را دارد.»