کشف راه حلی جدید برای ارتقاء رایانه خانگی به کوانتومی

رایانه‌هایی که می‌توانند از ویژگی‌های عجیب و غریب مکانیک کوانتومی برای حل مشکلات سریع‌تر از فناوری موجود استفاده کنند، جذاب به نظر می‌رسند، اما ابتدا باید بر یک مانع بزرگ غلبه کنند.

به گزارش تکناک، دانشمندان ژاپنی ممکن است راه حلی جدید برای ارتقاء رایانه خانگی به کوانتومی را با نشان دادن اینکه چگونه نیترید نیوبیم به عنوان یک ماده ابررسانا، می تواند به عنوان یک لایه مسطح و کریستالی به یک بستر نیترید-نیمه هادی اضافه شود، کشف کرده باشند.
این تکنیک می‌تواند ساخت کیوبیت‌های کوانتومی را که می‌توانند با دستگاه‌های رایانه‌ای معمولی استفاده شوند، ساده کند.

تکنیک‌های متداول تولید ریزپردازنده‌های سیلیکونی طی دهه‌ها رشد کرده‌اند و به طور مداوم در حال اصلاح و بهبود هستند. از سوی دیگر، اکثر معماری‌های محاسباتی کوانتومی باید عمدتاً از ابتدا ایجاد شوند. با این برای ارتقاء رایانه خانگی به کوانتومی کشف تکنیکی برای ادغام واحدهای منطقی کوانتومی و معمولی روی یک تراشه، یا حتی افزودن قابلیت‌های کوانتومی به خطوط ساخت موجود، ممکن است پذیرش این سیستم‌های جدید را تا حد زیادی تسریع کند.
اخیراً، گروهی از دانشمندان مؤسسه علوم صنعتی دانشگاه توکیو نشان دادند که چگونه لایه‌های نازک نیترید نیوبیم (NbNx) می‌توانند مستقیماً در بالای یک لایه نیترید آلومینیوم (AlN) رشد کنند.

نیترید نیوبیم می تواند در دماهای سردتر از 16 درجه سانتیگراد بالای صفر مطلق تبدیل به ابررسانا شود. به همین دلیل، می توان از آن برای ایجاد یک کیوبیت ابررسانا در ساختاری به نام اتصال جوزفسون استفاده کرد.
دانشمندان تأثیر دما را بر ساختارهای کریستالی و خواص الکتریکی لایه‌های نازک NbNx رشد یافته روی بسترهای قالب AlN بررسی کردند. آنها نشان دادند که فاصله اتم ها در این دو ماده به اندازه کافی برای تولید لایه های مسطح سازگار است.

آتسوشی کوبایاشی، نویسنده اول و مرتبط می گوید: ما دریافتیم که به دلیل عدم تطابق شبکه کوچک بین نیترید آلومینیوم و نیترید نیوبیم، یک لایه بسیار کریستالی می تواند در سطح مشترک رشد کند.
قابلیت تبلور NbNx با پراش اشعه ایکس مشخص شد و توپولوژی سطح با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی ثبت شد. علاوه بر این، ترکیب شیمیایی با استفاده از طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس بررسی شد. این تیم نشان داد که چگونه آرایش اتم ها، محتوای نیتروژن و هدایت الکتریکی همه به شرایط رشد، به ویژه دما بستگی دارد.

آتسوشی کوبایاشی می گوید: شباهت ساختاری بین این دو ماده، ادغام ابررساناها در دستگاه های الکترونیک نوری نیمه هادی را تسهیل می کند.

علاوه بر این، حدفاصل مشخص بین بستر AlN، که دارای شکاف باند وسیع است، و NbNx، که یک ابررسانا است، برای دستگاه‌های کوانتومی آینده، مانند اتصالات جوزفسون، ضروری است. لایه‌های ابررسانا که تنها چند نانومتر ضخامت دارند و کریستالینیتی بالایی دارند می‌توانند به عنوان آشکارساز تک فوتون‌ها یا الکترون‌ها استفاده شوند.