ایالات متحده به پیشرفتی در ابررساناها دست یافت، ماده جدیدی برای جهش کوانتومی ایجاد کرد
گروهی از دانشمندان در ایالات متحده به دستاورد چشمگیری در زمینه ابررساناها رسیدند که می‌تواند تأثیرات قابل توجهی بر آینده محاسبات کوانتومی داشته باشد.
تحقیقات به توسعه ماده ابررسانای جدیدی اشاره دارد که احتمال می‌رود محاسبات کوانتومی را تغییر دهد و به عنوان “ابررسانای توپولوژیک” عمل کند.
ابررسانای توپولوژیک نوع خاصی از ماده است که ویژگی‌های ابررسانایی (مقاومت الکتریکی صفر) و خواص منحصر به فرد مرتبط با شکل یا توپولوژی آن را دارا است.
محققان در بیانیه‌ای به اهمیت این ماده جدید اشاره کردند: “ابررسانای توپولوژیک از حالت دلایلد شده الکترون یا حفره (حفره مانند الکترونی با بار مثبت عمل می‌کند) برای حمل اطلاعات کوانتومی و پردازش داده‌ها به شکلی قوی استفاده می‌کند.”
این ماده برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی قوی که به انواع تداخل‌ها حساسیت دارند، ضروری است.
پنگ وی، استادیار فیزیک و نجوم که رهبری تیم را بر عهده داشت، گفت: “ماده ما می‌تواند نامزد امیدوار کننده‌ای برای توسعه اجزای مقیاس پذیر و قابل اعتماد محاسبات کوانتومی باشد.”
ترکیبی نوآورانه
محققان تلوریوم تریگونال، ماده‌ای که به خاطر خواص چیرال و غیرمغناطیسی آن شناخته شده است، را با حالت سطحی ابررسانا که بر روی یک لایه نازک از طلا ایجاد شده بود، ترکیب کردند.
این ترکیب نوآورانه منجر به ایجاد یک ابررسانای رابط دوبعدی با ویژگی‌های منحصر به فردی شد که آن را از ابررساناهای متعارف متمایز می‌کند.
وی تاکید کرد: “با ایجاد رابط بسیار تمیز بین ماده چیرال و طلا، یک ابررسانای رابط دوبعدی توسعه دادیم.” توضیح داد وی.
چیرالیته تلوریوم تریگونال، که توانایی اتصال به تصویر آینه‌ای خود را ندارد، عنصر منحصر به فردی به ابررسانا معرفی می‌کند. علاوه بر این، رابط بین ماده چیرال و طلا محیط مساعدی ایجاد می‌کند.
وی توضیح داد: “ابررسانای رابط منحصر به فرد است زیرا در محیطی که انرژی چرخشی آن شش برابر بیشتر از ابررساناهای متعارف است، وجود دارد.”
این تقویت به استفاده از تحریکات در رابط برای ایجاد بیت‌های کوانتومی چرخشی، یا کیوبیت‌ها، پتانسیل می‌دهد. به عنوان توضیح، این کیوبیت‌ها واحدهای اصلی اطلاعات کوانتومی در کامپیوترهای کوانتومی هستند.
کاربردها در محاسبات کوانتومی
پیامدهای این کشف به حوزه به سرعت در حال تکامل محاسبات کوانتومی گسترش می‌یابد، که اصول مکانیک کوانتومی را برای حل مسائل پیچید جدا می کند.
محققان با استفاده از مواد به مراتب نازک‌تر از آنچه در صنعت معمول است، رزوناتورهای مایکروویو با کیفیت بالا و تلفات پایین ساختند. این قطعات اساسی کامپیوترهای کوانتومی هستند.
وی در خصوص اهمیت این دستاورد اظهار داشت: “ما با استفاده از موادی که یک مرتبه ضخامتی کمتر از مواردی که معمولاً در صنعت محاسبات کوانتومی استفاده می‌شود، به دست آوردیم. رزوناتورهای مایکروویو با تلفات پایین قطعات اساسی محاسبات کوانتومی هستند و می‌توانند به کیوبیت‌های ابررسانای با تلفات پایین منجر شوند.”
وی همچنین بر مشکل اصلی در محاسبات کوانتومی، که کاهش دکندانس، یا تخریب اطلاعات کوانتومی درون سیستم کیوبیت اشاره کرد.
دکندانس، پدیده‌ای که در آن یک سیستم کوانتومی به دلیل تعاملات با محیط اطراف خود اطلاعات کوانتومی شکننده خود را از دست می‌دهد، مانع اصلی در توسعه کامپیوترهای کوانتومی عملیاتی است.
روش نوآورانه محققان، با استفاده از مواد غیرمغناطیسی برای ایجاد یک رابط تمیزتر، ممکن است به ایجاد اجزای مقیاس پذیر و قابل اعتماد برای محاسبات کوانتومی کمک کند.
کشف‌های بیشتر
کار تیم به فراتر از کشف اولیه گسترش یافت. آنها مشاهده کردند که ابررسانای رابط در اثر میدان مغناطیسی تغییر جالبی می‌کند. این نشان دهنده تبدیل به یک ̶۰;ابررسانای تریپلت” است.
این نوع ابررسانا در حضور میدان‌های مغناطیسی پایداری بیشتری نشان می‌دهد. علاوه بر این، آنها نشان دادند که ابررسانا به طور طبیعی منابع دکندانس ناشی از نقص مواد را سرکوب می‌کند، که چالشی رایج در این زمینه است.
ظهور این ماده ابررسانای جدید، همراه با پتانسیل آن برای مقابله با چالش‌های کلیدی در محاسبات کوانتومی و کاربردهای امیدبخش آن، نشانه گر یک دوره جدید در این زمینه تحول‌آفرین است.
این ما را به تحقق کامپیوترهای کوانتومی قادر به حل مسائل با پیچیدگی بی‌سابقه نزدیک‌تر می‌کند.
