خالص‌ترین تراشه سیلیکونی جهان ساخته شد

آینده محاسبات در دست کوانتوم است. رایانه‌های کوانتومی به جای استفاده از صفر و یک‌ های معمولی محاسبات کلاسیک، از ویژگی‌های فیزیک کوانتومی برای انجام محاسبات خاص با سرعت بیشتر استفاده می‌کنند. اما متأسفانه ساخت یک رایانه کوانتومی کاربردی و در مقیاس بزرگ یک چالش بزرگ است. یکی از بزرگترین موانع، یافتن ماده مناسب برای ساخت بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها است. با این حال، اکنون جستجو برای یافتن ماده مناسب ممکن است سرانجام به پایان رسیده باشد.

کد خبر: ۶۹۵۱۲۶

تاریخ: ۱۹ ارديبهشت ۱۴۰۳ - ۱۵:۵۰

به گزارش ایران اکونومیست، به نظر می‌رسد گروهی از محققان از بریتانیا و استرالیا به تازگی طلسم را شکسته باشند. در مقاله‌ای که به تازگی در مجله Communications Materials منتشر شده است، نویسندگان روش جدیدی را برای ایجاد سیلیکون غنی‌شده تا سطح بی‌سابقه‌ای با یک ایزوتوپ خاص ایده‌آل برای محاسبات کوانتومی توصیف کرده‌اند. روش آنها راه را برای ساخت تراشه‌های کوانتومی فوق‌العاده قدرتمند ساخته شده از این سیلیکون فوق‌العاده خالص هموار می‌کند.

به نقل از اس‌اف، ریچارد کوری(Richard Curry) پروفسور مواد الکترونیکی پیشرفته در دانشگاه منچستر می‌گوید: کاری که ما توانستیم انجام دهیم این است که به طور موثر یک واحد سازنده حیاتی ایجاد کنیم که برای ساخت یک رایانه کوانتومی مبتنی بر سیلیکون لازم است. این یک گام مهم برای ساختن فناوری‌ است که پتانسیل تحول‌بخشی برای نوع بشر داشته باشد.

بنابراین، این سوال پیش می‌آید که چه چیزی در مورد سیلیکون خاص است؟ به نظر می‌رسد که سیلیکون‌های استاندارد موجود به اندازه کافی خالص نیستند. کریستال‌های سیلیکون معمولی حاوی مخلوطی از ایزوتوپ‌های مختلف هستند که شامل انواعی از اتم‌های سیلیکونی یکسان با تعداد نوترون‌های متفاوت می‌شود. حدود ۴.۷ درصد از اتم‌های سیلیکون دارای یک اسپین هسته‌ای هستند که می‌تواند با حالت کوانتومی شکننده هر کیوبیت سیلیکونی تداخل داشته باشد.

برای رفع این مشکل، محققان از یک دستگاه فوق پیشرفته به نام کاشت کننده باریکه یونی متمرکز استفاده کردند. این کریستال سیلیکون را با پرتوی متمرکز از یون‌های سیلیکون-۲۸ شتاب می‌دهد. با هدف گیری دقیق این پرتو در مناطق کوچک مقیاس میکرومتر روی سطح سیلیکون، آنها توانستند این نقاط را تا سطح فوق‌العاده بالای سیلیکون ۲۸ «غنی» کنند.

محققان با استفاده از روش‌های آنالیز طیف‌سنجی جرمی دریافتند که این نواحی غنی‌شده کمتر از ۰.۰۰۲۳ درصد از ایزوتوپ سیلیکون ۲۹ حامل اسپین را دارد که بسیار خالص‌تر از هر روش غنی‌سازی قبلی است. به گفته خود محققان، این تنها ۰.۰۰۴ اتم سیلیکون-۲۹ سرگردان را به طور متوسط در منطقه بحرانی اطراف هر کیوبیت باقی گذاشت.

چرا این موضوع در محاسبات کوانتومی اهمیت دارد؟ حذف آن چند اتم سرگردان سیلیکون-۲۹ می‌تواند انسجام یا توازن کوانتومی شکننده کیوبیت‌های سیلیکونی را تا بیش از چهار مرتبه افزایش دهد و زمان انسجام پیشرفته فعلی در حدود یک میلی ثانیه را به بیش از ۱۰ ثانیه افزایش دهد!

سیلیکون ۲۸ فوق‌العاده خالص راه را برای ایجاد رایانه‌های کوانتومی فوق‌العاده قدرتمندی که قادر به شبیه‌سازی شیمی پیچیده، رمزگشایی کدها، مدل سازی مواد و موارد دیگر هستند، باز می‌کند.

البته پیش از اینکه رایانه‌های کوانتومی عملی روی میزهایمان بیایند، موانع بزرگی باقی مانده است. با این حال، این پیشرفت ما را یک گام بزرگ به تحقق این رویای کوانتومی نزدیک‌تر می‌کند.

اکنون که می‌توانیم سیلیکون ۲۸ بسیار خالص تولید کنیم، گام بعدی ما نشان دادن این است که می‌توانیم انسجام کوانتومی را برای بسیاری از کیوبیت‌ها به طور همزمان حفظ کنیم. قدرت یک رایانه کوانتومی قابل اعتماد با تنها ۳۰ کیوبیت برای برخی کاربردها از ابررایانه‌های امروزی نیز فراتر می‌رود.