این دستاورد مهم امکان توسعه یک تراشه کوانتومی حاوی یک میلیون کیوبیت را فراهم می کند

محققان توانستند به خالص ترین حالت سیلیکون برای ساخت کیوبیت دست یابند. این سیلیکون خالص به لطف مزایایی که نسبت به سایر عناصر دارد، می‌تواند تراشه‌ها و رایانه‌های کوانتومی حاوی میلیون کیوبیت را توسعه دهد.

بر اساس گزارش Live Science و مقاله منتشر شده در مجله Nature، محققان دانشگاه منچستر در انگلستان شکل جدیدی از سیلیکون (ماده نیمه هادی مورد استفاده در کامپیوترهای معمولی) را به عنوان پایه ای برای ساختن ارائه کرده اند. کیوبیت ها در کامپیوترهای کوانتومی که بسیار کارآمدتر از فناوری های فعلی است.

توسعه کامپیوترهای کوانتومی ساخته شده از سیلیکون خالص

در حالی که بیت‌ها در رایانه‌های معمولی به صورت «0 و 1» کدگذاری می‌شوند، کیوبیت‌ها در رایانه‌های کوانتومی می‌توانند برهم‌نهی این دو حالت باشند، به این معنی که آنها یک ویژگی کوانتومی به نام «همسویی» دارند و می‌توانند فرآیند 0 و 1 را به صورت موازی نشان دهند.

به گفته دانشمندان، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند قدرتمندتر از سریع‌ترین ابررایانه‌های کنونی جهان باشند، اما برای رسیدن به این هدف به حدود یک میلیون کیوبیت نیاز دارند. بزرگترین کامپیوتر کوانتومی امروزی تقریباً 1000 کیوبیت دارد.

یکی از مسائل کلیدی در محاسبات کوانتومی این است که کیوبیت ها “نویزدار” هستند، به این معنی که در برابر اختلالاتی مانند تغییرات دما بسیار آسیب پذیر هستند و باید تا نزدیک به صفر مطلق خنک شوند. این بدان معناست که حتی اگر یک کامپیوتر کوانتومی با میلیون‌ها کیوبیت داشته باشیم، بسیار ناکارآمد خواهد بود.

کیوبیت ها معمولاً از فلزات ابررسانا مانند تانتالیوم و نیوبیم ساخته می شوند، زیرا رسانایی و مقاومت تقریباً بی نهایتی دارند. اکنون به گفته محققان، بهتر است کیوبیت ها از مواد نیمه هادی مانند سیلیکون، گالیوم یا ژرمانیوم ساخته شود تا کیوبیت های فلزی ابررسانا. به عنوان مثال، آنها ارزان هستند، در دماهای بالاتر کار می کنند و بسیار کوچک هستند.

در مطالعه جدید، دانشمندان پس از حذف ناخالصی ها از سیلیکون طبیعی، یک کیوبیت از سیلیکون 28 (Si-28) ایجاد کردند که آن را “خالص ترین سیلیکون جهان” توصیف کردند.

سیلیکون طبیعی معمولا از سه ایزوتوپ یا اتم با جرم های مختلف Si-28، Si-29 و Si-30 تشکیل شده است. سیلیکون طبیعی به دلیل خواص فلزی خود در محاسبات کلاسیک به خوبی کار می کند، اما زمانی که در محاسبات کوانتومی استفاده می شود مشکلاتی ایجاد می کند. در مطالعه حاضر، با توسعه روشی جدید، دانشمندان توانستند سیلیکون 28 را از اتم های مداخله گر Si-29 و Si-30 جدا کنند.

نویسنده اصلی این مقاله در مورد دستاوردهای تیم تحقیقاتی می گوید:

“کاری که ما توانستیم انجام دهیم این است که یک “ساختمان” مهم برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر سیلیکون ایجاد کنیم. این گام مهمی به سوی فناوری است که پتانسیل تغییر (زندگی) بشریت را دارد.”