تابش مایکروویو قدرت کامل کیوبیت‌های الماسی غیرقابل‌کنترل را آزاد می‌کنند!

محققان مؤسسه فناوری کارلسروهه آلمان (KIT) روشی برای کنترل دقیق کیوبیت‌های الماسی با استفاده از پرتوهای مایکروویو ابداع کرده‌اند.

اگر نمی‌دانید کیوبیت الماسی چیست، این توضیح ساده را در نظر بگیرید؛ هنگامی که یک اتم قلع جایگزین اتم کربن در شبکه الماس می‌شود، منجر به ایجاد مراکز نقص قلع (SnV) خواهد شد.

مراکز SnV نقص‌هایی با ویژگی‌های نوری و الکترونیکی برجسته هستند، و بنابراین می‌توان از آنها به عنوان کیوبیت استفاده کرد. از آنجایی‌که این کیوبیت‌ها از نقص در شبکه‌های الماس ناشی می‌شوند، به آنها کیوبیت‌های الماسی گفته می‌شود.

با این حال، برای بهره‌گیری از پتانسیل کیوبیت‌های الماسی، باید زمان همدوسی آن‌ها، یعنی مدت زمانی که کیوبیت‌ها می‌توانند اطلاعات را ذخیره کنند و پایدار بمانند، افزایش یابد. اینجا جایی است که مطالعات جدید می‌تواند بسیار مفید باشد.

این مطالعه روشی برای کنترل و پایدار کردن کیوبیت‌ها را نشان می‌دهد. نویسندگان این مطالعه می‌گویند:

توانایی کنترل کیوبیت‌ها و پایدار نگه داشتن آنها به‌قدری که بتوان از ویژگی‌هایشان در کاربردهای عملی بهره‌برداری کرد، برای امکان‌پذیر شدن توسعه رایانه‌های کوانتومیِ کارآمد و مقیاس‌پذیر حیاتی خواهد بود.

کنترل کیوبیت‌های الماسی

کیوبیت‌های الماسی مزایای زیادی در مقایسه با انواع دیگر کیوبیت‌ها دارند. برای مثال، از آنجایی‌که آنها در دمای اتاق در حالت جامد قرار دارند، فعالیت‌های کوانتومی که انجام می‌دهند انرژی کمتری مصرف می‌کند.

همچنین این کیوبیت‌ها درون یک شبکه الماسی محکم قرار دارند، بنابراین احتمال کمتری وجود دارد که تحت تأثیر نویز و دیگر عوامل فیزیکی قرار گیرند.

علاوه بر این، آنها به‌راحتی می‌توانند با دیگر کیوبیت‌های الماسی از طریق نور ارتباط برقرار کنند و در نهایت، آنها معمولاً زمان همدوسی طولانی‌تری ارائه می‌دهند که آنها را به گزینه‌ای عالی برای کاربردهای محاسبات کوانتومی و حسگرهای کوانتومی تبدیل می‌کند.

برای بهره‌گیری از این توانایی‌های کیوبیت‌های الماسی، نویسندگان این مطالعه یک آزمایش انجام دادند. آنها از تابش مایکروویو برای کنترل اسپین الکترون در مراکز SnV استفاده کردند و سعی کردند نقص‌های الماس را با راهنماهای موجی ابررسانا کنترل کنند.

راهنماهای موجی ابررسانا ساختارهایی هستند که امواج الکترومغناطیسی (مثلاً تابش‌های مایکروویو) را بدون هیچ مقاومتی هدایت می‌کنند. آنها از مواد ابررسانا ساخته شده‌اند که به این معنی است که می‌توانند سیگنال‌های الکتریکی را حتی در دماهای بسیار پایین بدون هیچ اتلاف انرژی حمل کنند.

نتیجه این آزمایش موفقیت‌آمیز بود. جرمیاس رش، یکی از نویسندگان مطالعه و پژوهشگر KIT، در این مورد گفت:

ما توانستیم زمان همدوسی مراکز SnV الماس را به مدت ۱۰ میلی‌ثانیه افزایش دهیم؛ این یک بهبود عمده است.

کنترل نقص‌های الماسی بدون حرارت

افزایش زمان همدوسی تنها دستاورد این آزمایش نیست. نویسندگان مطالعه همچنین برای اولین بار نشان دادند که کیوبیت‌های الماسی را می‌توان به طور مؤثر با راهنماهای موجی ابررسانا بدون تولید حرارت کنترل کرد.

ایوانیس کاراپاتزاکیس، نویسنده اصلی مطالعه و استاد KIT گفت:

این موضوع بسیار مهم است زیرا این نقص‌ها معمولاً در دماهای بسیار پایین نزدیک به صفر مطلق مورد بررسی قرار می‌گیرند. دماهای بالاتر کیوبیت‌ها را بی‌فایده می‌کند.

این مطالعه یک روش عملی برای کنترل کیوبیت‌ها و حفظ پایداری آنها را نشان می‌دهد. اکنون محققان به اتصال دو یا چند رایانه کوانتومی با تبدیل حالت‌های کوانتومی کیوبیت به فوتون‌ها چشم دوخته‌اند.

رش اضافه کرد:

نتایج ما در کنترل مراکز نقص قلع در الماس‌ها پتانسیل دستیابی به یک پیشرفت مهم در توسعه ارتباطات کوانتومی ایمن و کارآمد در آینده را ارائه می‌دهد.

این مطالعه در مجله Physical Review X منتشر شده است.

منبع: Interestingengineering