پیشرفت های جدید در خازن ها ضخامت تراشه های کوانتومی را 1000 برابر کاهش داده است – Zomit

کیوبیت ها مهم ترین مؤلفه ای هستند که رایانه های کوانتومی قدرت پردازش خود را از آن می گیرند. در واقع، کیوبیت‌ها معادل کوانتومی بیت‌ها در رایانه‌های سنتی هستند و یکی از تفاوت‌های اصلی بین آنها و بیت‌های سنتی ممکن است بر اساس حالت کلاسیک رایانه A یا B (یک یا صفر در زبان باینری) باشد. از سوی دیگر، رایانه‌های کوانتومی به دلیل ویژگی‌ها و ویژگی‌هایشان می‌توانند از ترکیب این دو استفاده کنند.

برای اینکه کامپیوترهای کوانتومی از نظر سرعت و ظرفیت از همتایان کلاسیک خود بهتر عمل کنند، باید کوبیت آنها که مدارهای ابررسانا هستند به اصطلاح در طول موج باشند و دستیابی به این امر به قیمت افزایش اندازه آنها تمام می شود. در حالی که ترانزیستورهای مورد استفاده در کامپیوترهای کلاسیک به مقیاس نانومتری کوچک شده اند، اما هنوز هم کوبیت های ابررسانا بر حسب میلی متر اندازه گیری می شوند و جالب است بدانید که یک میلی متر برابر با یک میلیون نانومتر است!

به عبارت دیگر، رایانه‌های سنتی مبتنی بر ترانزیستورها و معماری‌های آشنا دهه‌هاست که ساخته شده‌اند و ما در ساخت و توسعه این ماشین فرآیندی تخصص کسب کرده‌ایم. از سوی دیگر، ساخت یک ماشین کوانتومی به معنای کشف مجدد کل ایده یک کامپیوتر از زمان پیدایش آن تا به امروز است. بنابراین، طبیعتاً مشکلات زیادی وجود دارد، مانند ساخت کوبیت های کوچکتر و مقاوم تر، کنترل کافی و کافی برای انجام یک عملکرد واقعا مفید.

شاید تاکنون کامپیوترهای کوانتومی را در مقالات علمی دیده باشید. ماشین های فرآوری بسیار بزرگ که گاهی فراتر از یخچال های صنعتی می روند. در واقع، دلیل بزرگی کامپیوترهای کوانتومی بیشتر به کوبیت‌ها مربوط می‌شود که در تراشه‌های مدارهای بسیار بزرگ جاسازی شده‌اند و با رشد تراشه‌ها، تراشه‌ها نیز رشد می‌کنند. بنابراین ما هنوز با دستگاه های کوانتومی کوچک با اندازه الکترونیک امروزی فاصله داریم.

برای فشرده سازی کوبیت ها و حفظ عملکرد آنها، راه های جدیدی برای ساخت خازن هایی که انرژی ذخیره می کنند و به کوبیت ها انرژی می دهند، نیاز خواهد بود. پروفسور Wangfong Zen با همکاری Raytheon BBN اکنون یک خازن کیوبیت ابررسانا دو بعدی ساخته است که بسیار کوچکتر از نمونه های مخروطی است. برای ساخت تراشه‌های کیوبیت، مهندسان قبلاً مجبور بودند از خازن‌های تختی استفاده کنند که صفحات بار مورد نیاز را در کنار هم نگه می‌دارند. چیدن این صفحات باعث صرفه جویی در فضا می شود. اما فلزات مورد استفاده در خازن های موازی معمولی در ذخیره سازی اطلاعات کوبیت اختلال ایجاد می کنند.

تیم پروژه اکنون یک لایه عایق از نیترید بور را در دو صفحه باردار از دیزل نیوبیم ابررسانا قرار داده است. هر یک از این لایه ها فقط به اندازه یک اتم ضخیم است و توسط نیروی واندروالس، برهمکنش ضعیف بین الکترون ها، در کنار هم نگه داشته می شوند. سپس این تیم خازن های خود را با مدارهای آلومینیومی ترکیب کردند تا تراشه های دو کیوبیتی با مساحت 109 میکرون مربع و ضخامت تنها 35 نانومتر بسازند که 1000 برابر کوچکتر از تراشه های تولید شده با روش های معمولی است.

نکته مهم این است که وقتی تراشه کوبیت تا صفر مطلق سرد می شود، کوبیت ها همان طول موج الگوی فعلی را پیدا می کنند. این تیم همچنین ادعا می کند که ویژگی های مهمی را دیده است که نشان می دهد دو ذراع در هم تنیده شده اند و به عنوان یک واحد عمل می کنند. پدیده ای که به انسجام کوانتومی معروف است. دکتر. هان، یکی از اپراتورهای اصلی این پروژه، می گوید موفقیت آنها به این معناست که حالت کوانتومی کوبیت ها را می توان با پالس الکتریکی دستکاری و خواند. البته لازم به ذکر است که زمان قوام کمتر و کمی بیشتر از یک میکروثانیه بود که نشان می دهد در مقایسه با حدود 10 میکروثانیه برای یک خازن معمولی، در ابتدای استفاده از مواد دو بعدی در این زمینه هستیم.

محققان دانشگاه معروف MIT اخیراً در ساخت خازن‌ها پیشرفت کرده‌اند و از دیزلنید نیوبیم و نیترید بور برای ساخت خازن‌های صفحه موازی برای کوبیت استفاده می‌کنند. با این حال، تفاوت این است که تجهیزات مورد مطالعه توسط تیم MIT زمان سازگاری بیشتری را ارائه می‌کنند و تا 25 میکروثانیه دوام می‌آورند.

هان و تیمش متوجه شدند که در حال اصلاح تکنیک های تولید و آزمایش انواع دیگر مواد دو بعدی برای افزایش زمان سازگاری هستند. یک عامل بسیار مهم که نشان می دهد کیوبیت چه مدت اطلاعات را ذخیره می کند. به گفته هان، طراحی های جدیدتر تجهیزات باید بتوانند با ترکیب اجزای پشته واندروالس یا با قرار دادن مواد دو بعدی برای سایر قسمت های مدار، چیزها را حتی کوچکتر کنند. هان در این باره می گوید:

اکنون می دانیم که مواد دو بعدی می توانند کلید ما برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی باشند. هنوز روزهای اولیه باقی مانده است، اما چنین یافته هایی محققان در سراسر جهان را تشویق می کند تا کاربردهای جدید محتوای دو بعدی را در نظر بگیرند. امیدواریم در آینده شاهد کارهای بیشتری در این راستا باشیم.