تکنولوژی
میکروویوها قدرت کیوبیت‌های الماسی غیرقابل کنترل را در جهشی کوانتومی آزاد می‌کنند
محققان موسسه فناوری کارلسروهه آلمان روشی برای کنترل دقیق کیوبیت‌های الماسی با استفاده از میکروویو ابداع کرده‌اند. این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه می‌توان کیوبیت‌ها را کنترل و پایدار کرد، که می‌تواند برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی کارآمد و مقیاس‌پذیر حیاتی باشد. نتایج نشان‌دهنده امکان یک جهش مهم در توسعه ارتباطات کوانتومی ایمن و کارآمد در آینده است.
محققان از موسسه فناوری کارلسروهه در آلمان روش جدیدی برای کنترل دقیق کیوبیت‌های الماسی با استفاده از میکروویو ابداع کرده‌اند. اگر بپرسید کیوبیت الماسی چیست، توضیح ساده‌ای ارائه می‌شود: هنگامی که یک اتم قلع جایگزین یک اتم کربن در شبکه الماس می‌شود، منجر به ایجاد مراکز خالی قلع (SnV) می‌گردد. این مراکز SnV نقایص با ویژگی‌های نوری و الکترونیکی استثنایی هستند و بنابراین می‌توانند به عنوان کیوبیت استفاده شوند. از آنجایی که این کیوبیت‌ها از نقایص در شبکه‌های الماسی به‌وجود می‌آیند، به آنها کیوبیت‌های الماسی گفته می‌شود. با این حال، برای استفاده از پتانسیل کیوبیت‌های الماسی، باید مدت زمان همدوسی آنها، یعنی مدت زمانی که کیوبیت‌ها می‌توانند اطلاعات را ذخیره و پایدار بمانند، افزایش داد. اینجاست که مطالعه جدید می‌تواند کمک بزرگی باشد. این مطالعه راهی برای کنترل و پایدار کردن کیوبیت‌ها را نشان می‌دهد. "توانایی کنترل کیوبیت‌ها و نگه داشتن آنها به اندازه کافی پایدار برای بهره‌برداری از ویژگی‌های آنها در کاربردهای عملی، برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی کارآمد و مقیاس‌پذیر بسیار مهم خواهد بود." نویسندگان مطالعه ذکر می‌کنند. کیوبیت‌های الماسی به نسبت سایر انواع کیوبیت‌ها مزایای زیادی دارند. برای مثال، از آنجا که آنها در دمای اتاق در حالت جامد وجود دارند، عملیات کوانتومی که انجام می‌دهند انرژی کمتری مصرف می‌کند. همچنین، این کیوبیت‌ها در یک شبکه الماسی مستحکم قرار دارند، بنابراین احتمال دارد که نسبت به نویز و سایر عوامل فیزیکی کمتر تحت تأثیر قرار گیرند. به علاوه، آنها می‌توانند به راحتی با سایر کیوبیت‌های الماسی با استفاده از نور اتصال پیدا کنند و در نهایت ممکن است زمان همدوسی طولانی را عرضه کنند، که آنها را به یک انتخاب عالی برای هر دوی کاربردهای محاسبات کوانتومی و حسی تبدیل می‌کند. برای بهره‌گیری از این توانایی‌های کیوبیت‌های الماسی، نویسندگان مطالعه یک آزمایش انجام دادند. آنها از میکروویوها برای کنترل اسپین الکترون مراکز SnV استفاده کردند و سعی کردند نقایص در الماس‌ها را با استفاده از موجبرهای ابررسانا کنترل کنند. موجبرهای ابررسانا ساختارهایی هستند که امواج الکترومغناطیسی مانند سیگنال‌های میکروویو را بدون هیچ مقاومتی هدایت می‌کنند. آنها از مواد ابررسانا ساخته شده‌اند، که به این معنی است که می‌توانند سیگنال‌های الکتریکی را با از دست دادن انرژی صفر حمل کنند. این آزمایش موفقیت‌آمیز بود. "ما توانستیم زمان همدوسی مراکز SnV الماس را به مدت ده میلی‌ثانیه افزایش دهیم - یک پیشرفت بزرگ است." جریمایس رش، یکی از نویسندگان مطالعه و محقق در KIT. زمان همدوسی طولانی تنها موفقیت این آزمایش نبود. نویسندگان مطالعه همچنین برای اولین بار نشان دادند که کیوبیت‌های الماسی می‌توانند به طور مؤثری با موجبرهای ابررسانا تنظیم شوند، بدون اینکه در فرایند گرمایی تولید شود. "این بسیار مهم است زیرا این نقایص عموماً در دماهای پایین نزدیک به صفر مطلق مورد بررسی قرار می‌گیرند. دماهای بالاتر باعث می‌شود کیوبیت‌ها بی‌فایده شوند." یوانیس کاراپاتزاکیس، نویسنده اصلی مطالعه و استاد در KIT، گفت. این مطالعه روشی عملی برای کنترل کیوبیت‌ها و نگه داشتن آنها پایدار را نشان می‌دهد. محققان اکنون امیدوارند که با تبدیل حالت‌های کوانتومی کیوبیت به فوتون‌ها، دو یا چند کامپیوتر کوانتومی را به هم متصل کنند. "نتایج ما در کنترل مراکز خالی قلع در الماس‌ها امکان یک جهش مهم در توسعه آینده ارتباطات کوانتومی ایمن و کارآمد را فراهم می‌کند." رش افزود. این مطالعه در مجله Physical Review X منتشر شده است.
