به گزارش خبرگزاری ایمنا، دانشمندان دانشگاه کالج کورک (UCC) در ایرلند موفق شدند با توسعه یک ابزار قدرتمند تصویربرداری کوانتومی، گامی بزرگ در شناسایی مواد مناسب برای نسل آینده رایانش کوانتومی بردارند. این دستاورد مهم برای نخستین بار امکان تشخیص قطعی و نهایی مناسب بودن یک ماده برای استفاده در میکروتراشههای کوانتومی را فراهم کرده است.
نتایج این پژوهش که امروز در نشریه معتبر Science منتشر شده، حاصل همکاری بینالمللی گستردهای است که شامل کارهای نظری برجسته از پروفسور دونگ-های لی در دانشگاه کالیفرنیا برکلی و سنتز مواد توسط شنگ ران از دانشگاه واشنگتن در سنتلوئیس و جانپیر پاگلیونه از دانشگاه مریلند است.
جستوجوی برای ابررساناهای توپولوژیک
ابررساناهای توپولوژیک دستهای خاص از مواد هستند که در سطح خود ذرات کوانتومی جدیدی به نام فرمیونهای ماجورانا (Majorana fermions) میزبانی میکنند، این ذرات بهطور نظری میتوانند اطلاعات کوانتومی را به شکلی پایدار و بدون آسیبپذیری نسبت به نویزها و بینظمیهایی که رایانش کوانتومی امروزی را محدود میکنند، ذخیره کنند.
فیزیکدانان دههها در جستوجوی یک ابررسانای توپولوژیک ذاتی بودهاند؛ مادهای که بهطور طبیعی و بدون نیاز به مهندسی پیچیده، این ویژگیها را در خود داشته باشد. تاکنون هیچ مادهای بهطور کامل چنین مشخصاتی را برآورده نکرده بود.
اورانیوم دیتلورید (UTe₂) از زمان کشفش در سال ۲۰۱۹ بهعنوان یک نامزد بسیار جدی برای این ویژگی شناخته میشد، اما تاکنون هیچ تحقیقی بهطور قطعی قابلیت آن را ارزیابی نکرده بود، اکنون با استفاده از یک میکروسکوپ تونلی اسکنکننده (STM) در حالت جدیدی که توسط پروفسور شیمس دیویس در UCC اختراع شده، تیم تحقیقاتی به رهبری جو کارول، پژوهشگر دکتری، و کوآنش ژوسوپبکوف، پژوهشگر فوقدکتری بورسیه ماری کوری، موفق شدند برای نخستین بار به این پرسش پاسخ دهند.
ابداع تکنیک «اندریف» STM
این آزمایشها با استفاده از تکنیک نوآورانهای به نام STM اندریف انجام شد؛ روشی که تنها در سه آزمایشگاه در سراسر جهان (UCC، دانشگاه آکسفورد، دانشگاه کرنل نیویورک) در دسترس است. در این روش، به جای استفاده از پروبهای فلزی سنتی، از یک ابررسانا بهعنوان پروب استفاده میشود. به گفته کارول: در روشهای قبلی، پروبهای فلزی بهدلیل ساده بودن ساختارشان، نقش مستقیمی در نتایج نداشتند، اما در تکنیک جدید، با استفاده از ابررسانا بهعنوان پروب، ما توانستیم الکترونهای معمولی سطح ماده را حذف کنیم و تنها فرمیونهای ماجورانا را مورد مطالعه قرار دهیم.
این امکان به پژوهشگران اجازه داد تا بهطور مستقیم تعیین کنند که آیا UTe₂ یک ابررسانای توپولوژیک ذاتی مناسب برای کاربردهای رایانش کوانتومی است یا نه؟
نتایج این آزمایشها نشان داد که UTe₂ در واقع یک ابررسانای توپولوژیک ذاتی است. اما نوع آن بهطور کامل مطابق با ویژگیهایی که فیزیکدانان برای ساخت پردازندههای کوانتومی مقاوم در برابر خطا نیاز دارند، نیست.
با این حال اهمیت این مطالعه در این است که برای نخستین بار یک تکنیک آزمایشگاهی قطعی برای شناسایی این نوع مواد توسعه یافته است؛ دستاوردی که میتواند مسیر پژوهشهای آینده را بهطور چشمگیری تسریع کند.
رایانش کوانتومی ظرفیت آن را دارد که مسائلی را که رایانههای امروزی برای حل آنها سالها زمان نیاز دارند، در عرض چند ثانیه حل کند. اما ناپایداری کوبیتها (واحدهای پردازش کوانتومی) بهدلیل نویز محیطی و ناهماهنگیهای داخلی، یکی از چالشهای اصلی این حوزه است.
ابررساناهای توپولوژیک با میزبانی فرمیونهای ماجورانا بهطور نظری میتوانند بستر مناسبی برای پردازندههای کوانتومی مقاوم در برابر خطا فراهم کنند.
امروزه شرکتهایی همچون مایکروسافت با معرفی Majorana 1 (نخستین واحد پردازش کوانتومی با هسته توپولوژیک) در حال پیشبرد این فناوری هستند، اما در این مسیر به ابررساناهای مصنوعی پیچیده متکی هستند که با پشتههای مهندسیشده از مواد متعارف ساخته میشوند.
یافتههای جدید گروه دیویس این امکان را فراهم میآورد که به جای مدارهای پیچیده، از مواد منفرد طبیعی استفاده شود، این رویکرد میتواند منجر به سادهسازی معماری پردازندههای کوانتومی، افزایش تراکم کوبیتها در یک تراشه و پیشرفت سریعتر در حوزه رایانش کوانتومی شود.
به گزارش ایمنا، این کشف نهتنها به جامعه علمی ابزاری جدید برای غربالگری مواد مناسب ارائه میدهد، بلکه امیدها برای تحقق پردازندههای کوانتومی مقیاسپذیر و مقاوم در برابر خطا را نیز زندهتر از پیش کرده است.
اکنون محققان میتوانند با استفاده از تکنیک STM اندریف، مواد دیگری را برای کاربرد در نسل آینده رایانش کوانتومی ارزیابی کنند؛ راهی که شاید در نهایت ما را به رایانههای کوانتومی واقعی با کاربردهای تجاری گسترده برساند.
نظر شما