مسابقه‌ی کوانتومی، توسعه‌ی تراشه‌های کوانتومیِ سیلیکونی را شتاب بخشیده است.
دانشمندان نشان داده‌اند که در یک تراشه‌ی کوانتومیِ سیلیکونی، اطلاعات کوانتومیِ یک اسپین الکترون می‌تواند به یک فوتون منتقل شود. اهمیت این موضوع بدان لحاظ است که می‌توان از این طریق بیت‌های کوانتومی را در یک تراشه به هم متصل کرد و تراشه‌هایی با تعداد زیادی کیوبیت درست کرد.
مسابقه‌ی جهانی برای ساخت پردازنده‌هایِ کوانتومیِ بیشتر، بهتر و قابل اعتماد‌تر، روز به روز جدی‌تر می‌شود. دانشمندان تیم TU Delft که توسط پرفسور Vandersypen رهبری می‌شوند، در یک رقابت تنگاتنگ با رقیب‌هایشان نشان دادند که در یک تراشه‌ی کوانتومیِ سیلیکونی، اطلاعات کوانتومیِ یک اسپین الکترون می‌تواند به یک فوتون منتقل شود. اهمیت این موضوع بدان لحاظ است که می‌توان از این طریق بیت‌های کوانتومی را در یک تراشه به هم متصل کرد و تراشه‌هایی با تعداد زیادی کیوبیت درست کرد. کار این گروه تحقیقاتی در مجله‌ی Science چاپ شده است.
در آینده کامپیوتر‌های کوانتومی قادر خواهند بود محاسباتی را انجام دهند که بسیار فراتر از ظرفیت کامپیوتر‌های کلاسیک کنونی است. برهم‌نهی کوانتومی و در‌هم‌تنیدگی بیت‌های کوانتومی (کیوبیت)، انجام محاسبات موازی را امکان‌پذیر می‌کند. دانشمندان و شرکت‌ها در سراسر جهان در تلاش هستند که تراشه‌های کوانتومی بهتر با تعداد کیوبیت‌های بیشتر، بسازند. شرکت QuTech در شهر دلفت در کشور هلند به سختی برای ساختن تراشه‌های کوانتومی تلاش می‌کند.
مواد آشنا
هسته‌ی تراشه‌های کوانتومی از سیلیکون ساخته شده است. پرفسور Lieven Vandersypen از شرکت QuTech و موسسه‌ی Kavli در علوم نانو در دلفت، توضیح می‌دهد که «سیلیکون ماده‌ای است که ما بسیار با آن آشنا هستیم. سیلیکون به وفور در ترانزیستور‌ها استفاده می‌شود و لذا می‌توان آن را در هر قطعه‌ی الکترونیکی پیدا کرد». سیلیکون همچنین ماده‌ای بسیار امید بخش برای تکنولوژی کوانتومی است. Guoji Zheng، دانشجوی دکتری در این زمینه می‌گوید: «ما می‌توانیم با استفاده از میدان‌های الکتریکی، تک الکترون‌ها در سیلیکون را به دام بیندازیم و به عنوان کیوبیت از آن‌ها استفاده کنیم. این یک ماده‌ی جذاب است، چرا که مطمینیم اطلاعات در این کیوبیت می‌تواند برای مدت طولانی ذخیره شود».
سیستم‌های بزرگ
برای این که بتوان محاسبات مفید انجام داد، به تعداد زیادی کیوبیت احتیاج است. این ارتقا به تعداد زیاد، همان چیزی است که یک چالش بزرگ برای تلاش در سراسر جهان ایجاد کرده است. Nodar Samkharadze که یک پژوهشگر در این زمینه است توضیح می‌دهد: «برای استفاده‌ی همزمان از تعداد زیادی کیوبیت، لازم است که آن‌ها به هم متصل باشند، و این‌جاست که لازم است ارتباطات خوبی بین آن‌ها برقرار باشد». در حال حاضر الکترون‌هایی که در سیلیکون به عنوان کیوبیت به دام انداخته می‌شوند، فقط می‌توانند به کیوبیت کناری‌شان ارتباط مستقیم داشته باشند. Nodar می‌گوید: «این همان چیزی است که کار مقیاس کردن به تعداد زیادی کیوبیت را، به یک کار حرفه‌ای تبدیل می‌کند».
مسابقه‌ی پا به پا
سیستم‌های کوانتومی دیگر، از فوتون‌ها برای برهمکنش‌های دور-برد استفاده می‌کنند. سالهای زیادی تلاش‌های زیادی انجام شد تا همین رویکرد برای سیلیکون هم به کار گرفته شود و فقط در سالهای اخیر است که دانشمندان مختلف در این زمینه پیشرفت داشته‌اند. اکنون دانشمندان دلفت نشان داده‌اند که یک تک فوتون می‌تواند با اسپین یک تک الکترون در تراشه‌ی سیلیکونی زوج (جفت) شود. این جفت‌شدگی علی الاصول امکان انتقال اطلاعات کوانتومی بین الکترون و فوتون را فراهم می‌آورد. Guoji Zheng می‌گوید: «برای این که بتوانیم بیت‌های کوانتومی بزرگ مقیاس در تراشه‌ی سیلیکونی بسازیم، مهم است که بتوانیم کیوبیت‌های دور را در یک تراشه‌ی سیلیکونی به هم مرتبط کنیم».
در قدم بعدی
Vandersypen به تیمش افتخار می‌کند و می‌گوید: «تیم من در زمان نسبتا کوتاهی و در فشار رقابت جهانی، توانست به این نتایج دست یابد». این یک پیشرفت واقعی برای دلفت است، Samkharadze گفت: « لایه‌ی سیلیکونی در دلفت ساخته شد، تراشه در اتاق تمیز دلفت ساخته شد و تمام اندازه‌گیری‌ها در QuTech انجام شد». اکنون دانشمندان به سختی بر روی قدم‌های بعدی کار می‌کنند. Vandersypen می‌گوید: «قدم بعدی این است که بتوانیم با استفاده از یک فوتون اطلاعات را از اسپین یک الکترون به الکترون دیگر منتقل کنیم».
بودجه‌ی لازم برای انجام این تحقیقات توسط ERC Synergy Grant و NWO تامین شده است.
منبع:
https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180125140829.htm
منبع علمی:
N. Samkharadze, G. Zheng, N. Kalhor, D. Brousse, A. Sammak, U. C. Mendes, A. Blais, G. Scappucci, L. M. K. Vandersypen. Strong spin-photon coupling in silicon. Science, 2018 DOI: 10.1126/science.aar4054.
دانشمندان نشان داده‌اند که در یک تراشه‌ی کوانتومیِ سیلیکونی، اطلاعات کوانتومیِ یک اسپین الکترون می‌تواند به یک فوتون منتقل شود. اهمیت این موضوع بدان لحاظ است که می‌توان از این طریق بیت‌های کوانتومی را در یک تراشه به هم متصل کرد و تراشه‌هایی با تعداد زیادی کیوبیت درست کرد.
مسابقه‌ی جهانی برای ساخت پردازنده‌هایِ کوانتومیِ بیشتر، بهتر و قابل اعتماد‌تر، روز به روز جدی‌تر می‌شود. دانشمندان تیم TU Delft که توسط پرفسور Vandersypen رهبری می‌شوند، در یک رقابت تنگاتنگ با رقیب‌هایشان نشان دادند که در یک تراشه‌ی کوانتومیِ سیلیکونی، اطلاعات کوانتومیِ یک اسپین الکترون می‌تواند به یک فوتون منتقل شود. اهمیت این موضوع بدان لحاظ است که می‌توان از این طریق بیت‌های کوانتومی را در یک تراشه به هم متصل کرد و تراشه‌هایی با تعداد زیادی کیوبیت درست کرد. کار این گروه تحقیقاتی در مجله‌ی Science چاپ شده است.
در آینده کامپیوتر‌های کوانتومی قادر خواهند بود محاسباتی را انجام دهند که بسیار فراتر از ظرفیت کامپیوتر‌های کلاسیک کنونی است. برهم‌نهی کوانتومی و در‌هم‌تنیدگی بیت‌های کوانتومی (کیوبیت)، انجام محاسبات موازی را امکان‌پذیر می‌کند. دانشمندان و شرکت‌ها در سراسر جهان در تلاش هستند که تراشه‌های کوانتومی بهتر با تعداد کیوبیت‌های بیشتر، بسازند. شرکت QuTech در شهر دلفت در کشور هلند به سختی برای ساختن تراشه‌های کوانتومی تلاش می‌کند.
مواد آشنا
هسته‌ی تراشه‌های کوانتومی از سیلیکون ساخته شده است. پرفسور Lieven Vandersypen از شرکت QuTech و موسسه‌ی Kavli در علوم نانو در دلفت، توضیح می‌دهد که «سیلیکون ماده‌ای است که ما بسیار با آن آشنا هستیم. سیلیکون به وفور در ترانزیستور‌ها استفاده می‌شود و لذا می‌توان آن را در هر قطعه‌ی الکترونیکی پیدا کرد». سیلیکون همچنین ماده‌ای بسیار امید بخش برای تکنولوژی کوانتومی است. Guoji Zheng، دانشجوی دکتری در این زمینه می‌گوید: «ما می‌توانیم با استفاده از میدان‌های الکتریکی، تک الکترون‌ها در سیلیکون را به دام بیندازیم و به عنوان کیوبیت از آن‌ها استفاده کنیم. این یک ماده‌ی جذاب است، چرا که مطمینیم اطلاعات در این کیوبیت می‌تواند برای مدت طولانی ذخیره شود».
سیستم‌های بزرگ
برای این که بتوان محاسبات مفید انجام داد، به تعداد زیادی کیوبیت احتیاج است. این ارتقا به تعداد زیاد، همان چیزی است که یک چالش بزرگ برای تلاش در سراسر جهان ایجاد کرده است. Nodar Samkharadze که یک پژوهشگر در این زمینه است توضیح می‌دهد: «برای استفاده‌ی همزمان از تعداد زیادی کیوبیت، لازم است که آن‌ها به هم متصل باشند، و این‌جاست که لازم است ارتباطات خوبی بین آن‌ها برقرار باشد». در حال حاضر الکترون‌هایی که در سیلیکون به عنوان کیوبیت به دام انداخته می‌شوند، فقط می‌توانند به کیوبیت کناری‌شان ارتباط مستقیم داشته باشند. Nodar می‌گوید: «این همان چیزی است که کار مقیاس کردن به تعداد زیادی کیوبیت را، به یک کار حرفه‌ای تبدیل می‌کند».
مسابقه‌ی پا به پا
سیستم‌های کوانتومی دیگر، از فوتون‌ها برای برهمکنش‌های دور-برد استفاده می‌کنند. سالهای زیادی تلاش‌های زیادی انجام شد تا همین رویکرد برای سیلیکون هم به کار گرفته شود و فقط در سالهای اخیر است که دانشمندان مختلف در این زمینه پیشرفت داشته‌اند. اکنون دانشمندان دلفت نشان داده‌اند که یک تک فوتون می‌تواند با اسپین یک تک الکترون در تراشه‌ی سیلیکونی زوج (جفت) شود. این جفت‌شدگی علی الاصول امکان انتقال اطلاعات کوانتومی بین الکترون و فوتون را فراهم می‌آورد. Guoji Zheng می‌گوید: «برای این که بتوانیم بیت‌های کوانتومی بزرگ مقیاس در تراشه‌ی سیلیکونی بسازیم، مهم است که بتوانیم کیوبیت‌های دور را در یک تراشه‌ی سیلیکونی به هم مرتبط کنیم».
در قدم بعدی
Vandersypen به تیمش افتخار می‌کند و می‌گوید: «تیم من در زمان نسبتا کوتاهی و در فشار رقابت جهانی، توانست به این نتایج دست یابد». این یک پیشرفت واقعی برای دلفت است، Samkharadze گفت: « لایه‌ی سیلیکونی در دلفت ساخته شد، تراشه در اتاق تمیز دلفت ساخته شد و تمام اندازه‌گیری‌ها در QuTech انجام شد». اکنون دانشمندان به سختی بر روی قدم‌های بعدی کار می‌کنند. Vandersypen می‌گوید: «قدم بعدی این است که بتوانیم با استفاده از یک فوتون اطلاعات را از اسپین یک الکترون به الکترون دیگر منتقل کنیم».
بودجه‌ی لازم برای انجام این تحقیقات توسط ERC Synergy Grant و NWO تامین شده است.
منبع:
https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180125140829.htm
منبع علمی:
N. Samkharadze, G. Zheng, N. Kalhor, D. Brousse, A. Sammak, U. C. Mendes, A. Blais, G. Scappucci, L. M. K. Vandersypen. Strong spin-photon coupling in silicon. Science, 2018 DOI: 10.1126/science.aar4054.