10 ژانویه 2024 – توسط مردیت فور، دانشگاه شیکاگو
محققان نشان داده‌اند که کیوبیت‌ها (که با کره‌ها و فلش‌ها نشان داده می‌شوند) می‌توانند از طریق یک آهنربا (که توسط جامد مستطیلی شکل نشان داده می‌شود) با یکدیگر “صحبت” کنند نه از طریق هوا. این فناوری کیوبیت‌ها را قادر می‌سازد تا دورتر از حد معمول از هم قرار گیرند و امکان تعامل انتخابی بین کیوبیت‌ها را فراهم می‌کند. اعتبار: پیتر آلن
محققان شروع به استفاده از آهنربا برای درهم‌تنیدگی کیوبیت‌ها، بلوک‌های سازنده رایانه‌های کوانتومی کرده‌اند. این تکنیک ساده می تواند قابلیت های پیچیده را باز کند.
وقتی دکمه ای را برای باز کردن درب گاراژ فشار می دهید، درهای گاراژ همسایه را باز نمی کند. این به این دلیل است که درب بازکن و در با استفاده از فرکانس مایکروویو خاصی با هم ارتباط برقرار می کنند، فرکانسی که هیچ درب مجاور دیگری از آن استفاده نمی کند.
محققان آزمایشگاه ملی آرگون در وزارت انرژی ایالات متحده (DOE)، دانشگاه شیکاگو، دانشگاه آیووا و دانشگاه توهوکو در ژاپن شروع به توسعه دستگاه هایی کرده اند که می توانند از همان اصول استفاده کنند – ارسال سیگنال ها از طریق آهن ربا به جای هوا – همانطور که در مقاله جدید منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم گزارش شده است، برای اتصال کیوبیت های جداگانه در یک تراشه.
دیوید آوشالوم، پروفسور خانواده لیو در مهندسی مولکولی و فیزیک در دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر دانشگاه شیکاگو، گفت: «این مدرکی است بر مفهوم، در دمای اتاق، یک فناوری کوانتومی مقیاس‌پذیر و قوی که از مواد معمولی استفاده می‌کند. او مدیر بورس کوانتومی شیکاگو؛ مدیر Q-NEXT، مرکز ملی تحقیقات علوم اطلاعات کوانتومی DOE که در Argonne میزبانی شده است و محقق اصلی پروژه است و می گوید : «زیبایی این آزمایش در سادگی و استفاده از فناوری جاافتاده برای مهندسی و در نهایت درهم‌تنیدگی دستگاه‌های کوانتومی است.
اتصال کیوبیت ها از طریق درهم تنیدگی کوانتومی برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی ضروری است، اما اغلب ممکن است مشکل باشد. در مورد مراکز خالی نیتروژن (NV) – نقص در الماس که می توان از آنها به عنوان کیوبیت استفاده کرد – چالش این است که برای صحبت با یکدیگر، آنها باید بسیار بسیار نزدیک به هم باشند. برهمکنش کوانتومی معمولی بین مراکز NV دارای حداکثر برد تنها چند نانومتر – یک هزارم عرض یک مو – است و زمانی که مراکز NV بسیار نزدیک به هم باشند، نمی‌توان آنها را در یک پیکربندی مفید مهندسی کرد.
مایکل فلاته، استاد فیزیک و نجوم در دانشگاه آیووا که در این کار مشارکت داشته است، می‌گوید: «شما باید بتوانید برای اتصال سیم‌ها و ساختن یک دستگاه، چیزهایی را که در آنجا هستند به دست بگیرید.» فلاته همچنین دانشمند ارشد شرکت فناوری کوانتومی QuantCAD LLC، شریک شرکتی بورس کوانتومی شیکاگو است. و نانومتر برای آن خیلی نزدیک است.
اینجاست که آهنرباها وارد می شوند.
دو سال پیش، فلاته و همکارانش مقاله‌ای نظری منتشر کردند که پیشنهاد می‌کرد از یک ماده مغناطیسی برای ایجاد یک اتصال کوانتومی بین مراکز NV استفاده شود تا بتوان آنها را در حالی که دورتر از هم قرار می‌گیرند، درهم‌تنید. تعامل عادی بین دو مرکز NV شامل امواج مایکروویو است. در این دستگاه پیشنهادی، آهنربا مایکروویو را از مرکز NV دریافت کرده و از طریق “magnon” به NV در سمت دیگر منتقل می کند.
در یک آهنربا، اسپین تمام الکترون‌های درون آن در یک جهت است، مانند ساقه‌های دانه که همه به سمت بالا هستند. ماگنون یک اختلال موج خفیف از طریق آن چرخش ها است، مانند موجی که باد در سراسر مزرعه غلات ایجاد می کند. مگنون‌ها می‌توانند بسیار فراتر از نانومتر پیش بروند – حتی هزاران برابر، در واقع، تا میکرون های زیادی.
فلاته می گوید: «مقیاس میکرومتر بسیار جالب است زیرا مقیاس معمولی بسیاری از دستگاه های الکترونیکی یکپارچه مانند ترانزیستورهای سیلیکونی در یک تراشه کامپیوتری است. بنابراین اگر قرار بود چیزهایی با این اندازه بسازید، می توانید تعداد معقولی از آنها را روی یک تراشه تهیه کنید.
اتصال کیوبیت‌های مرکز NV با آهنربا، امکان تعامل انتخابی را نیز فراهم می‌کند: اگر دو کیوبیت در رایانه کوانتومی با فرکانس کمی متفاوت صحبت می‌کردند، می‌توانستند بدون مزاحمت یا تحت تأثیر قرار گرفتن سایر کیوبیت‌ها، حتی اگر کیوبیت‌های دیگری بین آنها وجود داشته باشد، در هم بپیچند. این قابلیت برای نوع کارهای پیچیده ای که دانشمندان می خواهند کامپیوترهای کوانتومی انجام دهند بسیار مهم است.
این آزمایش توسط Awschalom و همکارانش با موفقیت تأیید کرد که مرکز NV می تواند با ماده مغناطیسی “صحبت” کند و مایکروویو خود را به عنوان یک ماگنون منتقل کند. علاوه بر این، اعداد تقریباً با آنچه در مقاله نظری دو سال پیش پیش‌بینی شده بود، مطابقت داشت.
ماسایا فوکامی، نویسنده اول این مقاله گفت: «این کار هم افزایی خوبی بین آزمایش و نظریه است. فوکامی در طول این آزمایش در دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر در شیکاگو فوق دکترا بود و اکنون در شرکت محاسبات کوانتومی PsiQuantum کار می کند. “من واقعا تحت تاثیر قرار گرفتم که چگونه مدل آزمایش را به خوبی پیش بینی کرد. این به من اعتماد به نفس زیادی می دهد.
اکنون که آنها ثابت کرده اند که مرکز NV می تواند با آهنربا صحبت کند، گام بعدی این است که مرکز NV دیگری را در طرف دیگر قرار دهیم و ببینیم آیا آهنربا می تواند ارتباط کوانتومی بین این دو را واسطه کند یا خیر.
فلات گفت: «این اولین روش ادغام با آهنربا است. من فکر می کنم این یک رویکرد واقعا قدرتمند است که می تواند در اصل برای سایر سیستم های کیوبیت حالت جامد نیز اعمال شود.”
