پژوهشگران دانشگاه استنفورد اعلام کردهاند که یک پلتفرم کوانتومی بسیار کوچک ساختهاند که میتواند در دمای اتاق کار کند و دیگر به خنکسازی تا دمای نزدیک صفر مطلق نیاز ندارد.
به گزارش سرویس علمی تکناک،این دستاورد میتواند نقطه عطفی در مسیر توسعه فناوری کوانتومی و ارتباطات امن مبتنی بر آن باشد. سامانههای کوانتومی امروزی فقط زمانی پایدار میمانند که در چند درجه بالاتر از صفر مطلق نگهداری شوند. همین موضوع باعث افزایش چشمگیر هزینه، اندازه و پیچیدگی تجهیزات میشود.
در این پلتفرم جدید، پژوهشگران توانستهاند اسپین فوتونها و الکترونها را درهمتنیده کنند. این درهمتنیدگی اساس انتقال و پردازش اطلاعات کوانتومی است. جنیفر دیون، استاد مهندسی و علم مواد و نویسنده ارشد مقاله، میگوید ماده استفادهشده جدید نیست اما شیوه بهرهگیری از آن کاملاً نوآورانه است.
او میگوید این ماده یک پیوند پایدار میان نور و الکترون ایجاد میکند و این پیوند همان چیزی است که ارتباطات کوانتومی روی آن بنا میشود. دیون توضیح میدهد که الکترونها معمولاً حالت اسپین خود را سریع از دست میدهند و این موضوع استفاده از آنها را دشوار میکند.
پلتفرم جدید از ترکیب یک لایه بسیار نازک مولیبدن دیسلناید با یک تراشه سیلیکون ساخته شده است. این مواد در گروه «مواد دوبعدی با رفتار نوری بسیار قوی» قرار میگیرند. همین ویژگی باعث میشود نور بتواند به شکل کنترلشده با الکترونها تعامل کند.
فنگ پن، پژوهشگر پسادکتری و نویسنده اول مقاله، میگوید نانوساختارهای ساختهشده روی تراشه میتوانند نوعی نور به نام «نور پیچشی» تولید کنند. این نور به شکل مارپیچی حرکت میکند و پژوهشگران از همین ویژگی برای انتقال اسپین به الکترونها استفاده میکنند. انتقال اسپین یعنی وارد کردن اطلاعات کوانتومی به الکترون.
دیون میگوید الگوهای ایجادشده روی تراشه آنقدر کوچکاند که با چشم دیده نمیشوند و اندازه آنها بهطور تقریبی برابر طول موج نور مرئی است. پن توضیح میدهد که نور پیچشی میتواند با اسپین الکترونها درهمتنیده شود و کیوبیتها را شکل دهد. کیوبیتها واحد اصلی پردازش کوانتومی هستند و برخلاف صفر و یک رایانش کلاسیک میتوانند همزمان چندین حالت را نگه دارند.
مزیت اصلی این سامانه، عملکرد پایدار آن در دمای اتاق است. در سامانههای رایج، اگر دما بالا برود، حالت کوانتومی کیوبیتها از بین میرود. این پدیده همان چیزی است که «از دست رفتن حالت کوانتومی» نامیده میشود. پژوهشگران استنفورد میگویند حذف نیاز به دماهای فوقالعاده پایین میتواند هزینهها را کاهش دهد و زمینه استفاده گستردهتر از فناوری کوانتومی را فراهم کند. این فناوری میتواند در آینده نزدیک وارد حوزههایی مانند ارتباطات امن، هوش مصنوعی، حسگرهای بسیار دقیق و رایانش پیشرفته شود.
به گفته پن ، ترکیب مواد دوبعدی و تراشه سیلیکون عامل کلیدی قدرت این سامانه است. او میگوید این ترکیب نور پیچشی را تقویت میکند و تعامل میان نور و الکترون را پایدارتر میسازد. اکنون تیم پژوهشی در حال آزمایش مواد جدید و بهینهسازی عملکرد است. آنها همچنین بررسی میکنند که این پلتفرم چگونه میتواند به سامانههای کوانتومی بزرگتر وصل شود و به تجهیزات دیگر مانند منبع نور، آشکارساز و رابطهای نوری متکی شود.
پن میگوید اگر این مسیر ادامه یابد، شاید بتوان روزی سامانههای کوانتومی را در یک تلفن همراه به کار گرفت، اما رسیدن به این هدف به بیش از ده سال زمان نیاز دارد. این پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده است.
