سیلیکون‌ها وسیله‌ای برای کنترل بیت‌های کوانتومی
مجله علمی ایلیاد - به لطف اندرکنش افزایش یافته چرخش مداری در سیلیکون، بیت‌های کوانتومی به راحتی برای استفاده در محاسبات کوانتومی دستکاری می‌شوند. تراشه‌ی کوانتومی سیلیکونی قابلیت نگه داشتن میلیون‌ها بیت کوانتومی، یا کیوبیت‌ها را برای پردازش سریع‌تر اطلاعات نسبت به بیت‌های کامپیوتر‌های امروزی دارا است. به این معنا که منجر به جستجوی با سرعت بالاتر در پایگاه داده‌ها، بهتر شدن امنیت سایبری و شبیه‌سازی بسیار کارآمدتر مواد و فرآیندهای شیمیایی می‌شود.
حالا، گروه‌های تحقیقاتی از دانشگاه پردو، دانشگاه تکنولوژیکال دلف هلند و دانشگاه ویسکانسین مدیسون، کشف کرده‌اند که سیلیکون دارای اندرکنش‌های چرخش مداری منحصربه‌فردی است که توانایی دستکاری کیوبیت‌ها با استفاده از میدان‌های الکتریکی و بدون نیاز به هرگونه عامل مصنوعی را دارد.
«رجب رحمان»، استادیار محقق در مدرسه‌ی مهندسی الکتریک و کامپیوتر پردو، در این‌باره می‌گوید: «کیوبیت‌های کدگذاری شده در چرخش الکترون‌های سلیکون به‌طور خاصی از ماندگاری بالایی برخوردار هستند، اما کنترل آن‌ها توسط میدان‌های الکتریکی بسیار سخت و دشوار است. اندرکنش چرخش مداری موضوعی مهم در طراحی کیوبیت‌ها است که به‌طور سنتی تصور می‌شد در این مواد، بسیار کوچک باشند.»
استحکام و دوام اندرکنش چرخش مداری که اندرکنش چرخش الکترون در حرکتش است فاکتور مهمی در خصوصیت کیوبیت‌ها است. محققان متوجه برجسته‌تر شدن اندرکنش چرخش مداری در سطح سیلیکون و در جاهایی‌که کیوبیت‌ها در شکلی که «نقاط کوانتومی» نامیده می‌شوند، شده‌اند. آزمایش رحمان نشان داد که این اندرکنش چرخش مداری در طبیعت ناهمسانگرد است، به این معنی که به زاویه‌ی میدان مغناطیسی خارجی وابسته بوده و شدیداً تحت تأثیر جزئیات اتمی است.
«ریفات فردوس»، نویسنده‌ی مسئول این تحقیق و دانشجوی کارشناسی ارشد در مدرسه مهندسی الکتریک و کامپیوتر پردو، می‌گوید: «از این ناهمسانگردی می‌توان هم برای افزایش و هم برای کاهش استحکام اندرکنش چرخش مداری استفاده کرد. اندرکنش چرخش مداری این‌گونه بر کیوبیت‌ها اثر می‌گذارد.» رحمان اضافه می‌کند: «اگر اندرکنش چرخش مداری قوی‌ای وجود داشته باشد، طول عمر کیوبیت‌ها کوتاه‌تر بوده اما به راحتی می‌توانید آن‌را دستکاری کنید. از طرفی اگر اندرکنش چرخش مداری ضعیف باشد، طول عمر کیوبیت‌ها طولانی‌تر بوده، اما دستکاری آن‌ها بسیار مشکل است.»
محققان یافته‌های‌شان را در مجله‌ی Nature Quantum Information منتشر کردند. گروه ویسکانسین مدیسون دستگاه سیلیکون را ساختند، گروه دلف آزمایش‌ها را انجام دادند و گروه پردو بررسی تئوری مشاهدات آزمایشگاهی را رهبری کردند. کارهای آینده در آزمایشگاه رحمان بر استفاده از مزایای ماهیت ناهمسانگرد اندرکنش‌های چرخش مداری تمرکز خواهد کرد تا ارتباط و کنترل‌های کیوبیت‌ها را هرچه بیشتر افزایش داده و بنابراین تراشه‌های کامپیوتر‌های کوانتومی را بزرگتر کند.
نوشته: کایلا ویلز
ترجمه: سوران زوراسنا - مجله علمی ایلیاد