۱۹ سپتامبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: پرابات رانجان میشرا-این روش به‌طور قابل‌توجهی قوی و مقیاس‌پذیر است. (تصویر نمایشی)
محققان در استرالیا با موفقیت «حالت‌های درهم‌تنیده کوانتومی» را بین دو اتم دور از هم در سیلیکون ایجاد کرده‌اند. مهندسان دانشگاه نیو ساوت ولز توانستند با استفاده از الکترون‌ها به‌عنوان پل، حالت‌های درهم‌تنیده کوانتومی را ایجاد کنند.
حالت درهم‌تنیده کوانتومی یک پدیده فیزیکی است که در آن دو ذره جداگانه چنان عمیقاً به هم متصل می‌شوند که دیگر به‌طور مستقل رفتار نمی‌کنند.گامی که مهندسان دانشگاه نیوساوت ولز برداشته‌اند، پیشرفت قابل توجهی در محاسبات کوانتومی است و می‌تواند به ساخت رایانه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ – یکی از هیجان‌انگیزترین چالش‌های علمی و فناوری قرن بیست و یکم – کمک کند.
محققان با استفاده از اسپین‌های دو هسته اتمی، حالت‌های درهم‌تنیده کوانتومی ایجاد کردند. این دستاورد همچنین می‌تواند پتانسیل ساخت ریزتراشه‌های آینده مورد نیاز برای محاسبات کوانتومی را با استفاده از فناوری و فرآیندهای تولید موجود، آزاد کند.
دکتر هالی استمپ، نویسنده اصلی، گفت: “ما موفق شدیم تمیزترین و منزوی‌ترین اشیاء کوانتومی را در مقیاسی که دستگاه‌های الکترونیکی سیلیکونی استاندارد در حال حاضر ساخته می‌شوند، با یکدیگر صحبت کنند.”
این مطالعه که در مجله Science منتشر شده است، یک عملیات منطقی Z کنترل‌شده با دو کیوبیت را بین هسته‌های دو اتم فسفر در یک دستگاه سیلیکونی، که تا 20 نانومتر از هم جدا شده‌اند، نشان می‌دهد.
هر اتم الکترون‌های جداگانه‌ای را به هم متصل می‌کند که تعامل تبادل آنها واسطه دروازه دو کیوبیتی هسته‌ای است.
محققان این مطالعه گفتند: «ما یک حالت بل هسته‌ای را با دقت 76-5+5% و تطابق 0.67-0.05+0.05 تهیه و اندازه‌گیری کردیم. با این روش، پیشرفت‌های آینده در افزایش مقیاس کیوبیت‌های اسپین نیمه‌رسانا می‌تواند به توسعه رایانه‌های کوانتومی مبتنی بر اسپین هسته‌ای تعمیم داده شود.»
دکتر هالی استمپ، که این تحقیق را در دانشگاه نیوساوت ولز انجام داده و اکنون محقق فوق دکترا در دانشگاه MIT در بوستون است، گفت: «اکثر مردم الکترون را به عنوان کوچکترین ذره زیراتمی می‌دانند، اما فیزیک کوانتومی به ما می‌گوید که این ذره توانایی «گسترش» در فضا را دارد، به طوری که می‌تواند با چندین هسته اتمی تعامل داشته باشد. با این حال، محدوده‌ای که الکترون می‌تواند در آن گسترش یابد بسیار محدود است. علاوه بر این، افزودن هسته‌های بیشتر به همان الکترون، کنترل هر هسته را به صورت جداگانه بسیار چالش برانگیز می‌کند.»
استمپ تأکید کرد که از طریق استعاره، می‌توان گفت که تاکنون، هسته‌ها مانند افرادی بودند که در یک اتاق عایق صدا قرار گرفته‌اند.آنها می‌توانند تا زمانی که همگی در یک اتاق باشند با یکدیگر صحبت کنند و مکالمات واقعاً واضح است. اما به گفته استمپ، آنها نمی‌توانند چیزی از بیرون بشنوند و فقط تعداد محدودی از افراد می‌توانند در داخل اتاق جا شوند.
استمپ گفت: «با این پیشرفت، انگار به افراد تلفن داده‌ایم تا با اتاق‌های دیگر ارتباط برقرار کنند. همه اتاق‌ها هنوز از داخل خوب و ساکت هستند، اما اکنون می‌توانیم بین افراد بسیار بیشتری مکالمه داشته باشیم، حتی اگر دور باشند.»
این «تلفن‌ها» در واقع الکترون هستند.
مارک ون بلانکنشتاین، یکی دیگر از نویسندگان این مقاله، توضیح داد که با توانایی آنها در پخش شدن در فضا، دو الکترون می‌توانند از فاصله نسبتاً زیادی یکدیگر را «لمس» کنند. بلانکنشتاین گفت: «و اگر هر الکترون مستقیماً به یک هسته اتمی متصل شود، هسته‌ها می‌توانند از طریق آن ارتباط برقرار کنند.»
محققان همچنین خاطرنشان کردند که این روش به طرز چشمگیری قوی و مقیاس‌پذیر است. آنها فقط از دو الکترون استفاده کردند، اما محققان ادعا کردند که در آینده، حتی می‌توانند الکترون‌های بیشتری اضافه کنند و آنها را به شکلی کشیده مجبور کنند تا هسته‌ها را حتی بیشتر گسترش دهند.
