کشفی جدید، راه را برای رایانه‌های کوانتومی در حد و اندازهٔ یک سکه هموار کرده است
کشفی جدید، راه را برای رایانه‌های کوانتومی در حد و اندازهٔ یک سکه هموار کرده است
به گزارش بیکینگ و به نقل از SciTechDaily، اکنون یک گروه بین‌المللی از فیزیکدانان به رهبری آندری چوماک از دانشگاه وین، طول عمر مگنون‌ها را تقریباً دو مرتبه بزرگی افزایش داده‌اند؛ از چند صد نانوثانیه به ۱۸ میکروثانیه.
پژوهشگران همچنین دریافتند که این محدودیت نه توسط فیزیک بنیادین، بلکه عمدتاً به کیفیت ماده مربوط است و مسیری روشن به سوی مگنون‌هایی با طول‌عمر بیشتر نشان می‌دهد.
گفتنی است مگنون‌ها به صورت امواج کوچک در مغناطیس از میان مواد جامد مغناطیسی حرکت می‌کنند، شبیه به موج‌هایی که پس از پرتاب سنگ در سطح آب پخش می‌شوند.
بر خلاف فوتون‌ها که می‌توانند در فضای خالی حرکت کنند، مگنون‌ها درون مواد جامد مغناطیسی سفر می‌کنند. طول‌موج آنها می‌تواند به مقیاس نانومتر کاهش یابد، به این معنی که مدارهای مگنونی را می‌توان در اصل روی تراشه‌هایی به اندازه تراشه‌های گوشی‌های هوشمند امروزی ساخت.
از آنجا که مگنون یک برانگیختگی درون یک جامد است، به طور طبیعی با بسیاری از شبه‌ذرات بنیادین دیگر از جمله فونون‌ها و فوتون‌ها برهمکنش دارد.
این ویژگی، مگنون‌ها را به بلوک‌های ساختمانی امیدوارکننده‌ای برای سیستم‌های کوانتومی ترکیبی و اندازه‌گیری‌های کوانتومی تبدیل می‌کند.
اما چالش اصلی، طول عمر کوتاه آنها بوده است؛ مدتی که مگنون‌ها می‌توانند به طور قابل اعتماد اطلاعات کوانتومی را حمل کنند و آزمایش‌های پیشین در بهترین حالت به چند صد نانوثانیه رسیده بودند؛ مدتی بسیار کوتاه برای محاسبات کوانتومی عملی.
گروه وین اکنون گامی بزرگ به جلو گزارش کرده است و طول عمر مگنون‌ها را تا ۱۸ میکروثانیه اندازه‌گیری کرده است که نزدیک به صد برابر بیشتر از هر مقدار مشاهده‌شده پیشین است.
در این مقیاس زمانی، مگنون‌ها از سیگنال‌های زودگذر فراتر می‌روند و به حاملان بادوام و قابل اعتماد اطلاعات کوانتومی تبدیل می‌شوند، مشابه در عملکرد کیوبیت‌های ابررسانای مورد استفاده در بسیاری از پردازنده‌های کوانتومی پیشرو امروزی.
این موفقیت از ترکیب دو رویکرد حاصل شد. نخست، این گروه از مگنون‌های کوتاه‌موج به جای نوع یکنواخت متداول استفاده کردند. این مگنون‌های کوتاه‌موج به طور طبیعی کمتر تحت تأثیر نقص‌های سطح کریستال قرار می‌گیرند؛ همان نقص‌هایی که در آزمایش‌های پیشین طول عمر مگنون‌ها را کوتاه کرده بودند.
دوم، کره‌های فوق‌خالص گارنت ایتریوم آهن در یک سرمایش‌ساز فاز مخلوط تا دمای تنها ۳۰ میلی‌کلوین خنک شدند؛ یعنی فقط کسری ناچیز از یک درجه بالای صفر مطلق. در چنین دماهای شدیدی، فرآیندهای حرارتی که معمولاً مگنون‌ها را نابود می‌کنند، عملاً متوقف می‌شوند.
مهم‌ترین یافته این بود که محدودیت باقی‌مانده بر طول عمر مگنون‌ها از یک قانون اساسی طبیعت ناشی نمی‌شود، بلکه از ناخالصی‌های جزئی در کریستال سرچشمه می‌گیرد.
سه کره با سطوح خلوص مختلف آزمایش شدند و الگو روشن بود: ماده خالص‌تر به مگنون‌ها اجازه می‌داد طولانی‌تر زنده بمانند. حتی کم‌خلوص‌ترین نمونه نیز تمام رکوردهای پیشین را شکست.
بر این اساس، پیشرفت‌های بعدی ممکن است به مواد بهتر بستگی داشته باشد تا فیزیک جدید، و این مسیری روشن برای پیشرفت بیشتر باقی می‌گذارد.
مگنون‌ها با طول عمر ۱۸ میکروثانیه می‌توانند از پیوندهای میانی پرمصرف به حافظه‌های کوانتومی بادوام و کانال‌های ارتباطی کم‌تلفات روی تراشه تبدیل شوند.
آنها ممکن است بتوانند صدها کیوبیت را در یک مسیر مشترک به هم متصل کنند و «گذرگاه کوانتومی» را ایجاد کنند که حلقه گمشده برای رایانه‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر محسوب می‌شود.
از آنجا که مگنون‌ها در یک جامد وجود دارند و می‌توانند به سیستم‌های کوانتومی مختلفی متصل شوند، می‌توانند به عنوان مترجم‌های جهانی در معماری‌های کوانتومی ترکیبی عمل کنند و به فناوری‌هایی کمک کنند که در غیر این صورت به آسانی به هم متصل نمی‌شوند.
گفتنی است پژوهشگران معتقدند که با بهبود کیفیت مواد، دستیابی به طول‌عمرهای حتی طولانی‌تر نیز ممکن خواهد بود و این فناوری می‌تواند انقلابی در محاسبات کوانتومی ایجاد کند.
