وبلاگ

محققان شروع به استفاده از آهنربا برای درهم تنیدن کیوبیت ها، بلوک های سازنده کامپیوترهای کوانتومی کرده اند. این تکنیک ساده می تواند توانایی های پیچیده را باز کند.

وقتی دکمه ای را برای باز کردن درب گاراژ فشار می دهید، همه درهای گاراژ همسایه را باز نمی کند. این به این دلیل است که بازکن و درب با استفاده از یک فرکانس مایکروویو خاص 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 ژاپن شروع به توسعه دستگاه هایی کرده اند که می توانند از همان اصول – ارسال سیگنال از طریق آهنربا به جای هوا – برای اتصال استفاده کنند. کیوبیت های فردی روی یک تراشه همانطور که در a گزارش شده است کاغذ جدید منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.

“این یک اثبات مفهوم است، در دمای اتاقاز فناوری کوانتومی مقیاس پذیر و پایدار که استفاده می کند مواد معمولیدیوید آوشالوم، استاد خانواده لیو در مهندسی مولکولی و فیزیک در دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر دانشگاه شیکاگو. مدیر بورس کوانتومی شیکاگو؛ مدیر Q-NEXT، مرکز ملی تحقیقات اطلاعات کوانتومی DOE، واقع در Argonne. و محقق اصلی پروژه «زیبایی این آزمایش سادگی و استفاده از فناوری جاافتاده برای طراحی و در نهایت درهم‌تنیدگی دستگاه‌های کوانتومی است.

اتصال کیوبیت ها از طریق درهمتنیدگی کوانتومی برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی ضروری است، اما اغلب ممکن است دشوار 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 اینکه آنها با یکدیگر صحبت کنند، 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 وقتی مراکز NV بسیار نزدیک به هم هستند، نمی‌توان آنها را در یک پیکربندی مفید مهندسی کرد.

مایکل فلیت، 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، به چیزهایی دست پیدا کنید. 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 استفاده از یک ماده مغناطیسی برای ایجاد یک اتصال کوانتومی بین مراکز NV را ارائه کرد تا بتوان آنها را در حالی که از هم دورتر هستند در هم پیچیده کرد. تعامل عادی بین دو مرکز NV شامل امواج مایکروویو است. در این دستگاه پیشنهادی، آهنربا مایکروویو را از مرکز NV دریافت کرده و آن را از طریق یک “magnon” به NV در سمت دیگر منتقل می کند.

در یک آهنربا، اسپین تمام الکترون‌های داخل آن در یک جهت است، مانند ساقه‌های دانه که همه به سمت بالا هستند. ماگنون یک اختلال موج خفیف از طریق این چرخش ها است، مانند موجی که باد در یک مزرعه غلات ایجاد می کند. مگنون ها می توانند بسیار دورتر از نانومترها پیش بروند – حتی هزاران بار دورتر، در واقع تا میکرومترهای زیادی.

فلاته می گوید: «مقیاس میکرومتر بسیار جالب است زیرا مقیاس معمولی بسیاری از دستگاه های الکترونیکی یکپارچه مانند ترانزیستورهای سیلیکونی در یک تراشه رایانه ای است. بنابراین اگر چیزهایی به این اندازه می سازید، می توانید تعداد معقولی از آنها را روی یک تراشه تهیه کنید.

اتصال کیوبیت‌های مرکزی NV به آهن‌ربا، امکان تعامل انتخابی را نیز فراهم می‌کند: اگر دو کیوبیت در یک کامپیوتر کوانتومی با فرکانس کمی متفاوت صحبت کنند، می‌توانند بدون ایجاد مزاحمت یا تحت تاثیر قرار گرفتن توسط سایر کیوبیت‌ها، حتی اگر کیوبیت‌های دیگری در بین کیوبیت‌ها وجود داشته باشد، در هم بپیچند. این توانایی برای نوع کار 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 مقاله، گفت: «این کار هم افزایی خوبی بین آزمایش و نظریه است. در زمان آزمایش، فوکامی یک دانشجوی فوق دکترا در دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر شیکاگو 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 زیادی به این سیستم می دهد.»

پس از مشخص شدن اینکه مرکز NV می تواند با آهنربا صحبت کند، مرحله بعدی این است که مرکز NV دیگری را در طرف دیگر قرار دهید و ببینید آیا آهنربا می تواند ارتباط کوانتومی بین این دو را واسطه کند یا خیر.

فلاته گفت: «این اولین روش ادغام با آهنرباها است. “من فکر می کنم این یک رویکرد واقعا قدرتمند است که می تواند برای سایر حالت های جامد نیز اعمال شود.” یک کیوبیت سیستم ها به طور کلی.”