ماده ابررسانای جدید “روکش طلا” نویدبخش انقلابی در محاسبات کوانتومی ابررسانا است. این ماده با فعال کردن کیوبیت‌های قوی‌تر و مقیاس‌پذیرتر، پتانسیل پرداختن به چالش‌های کلیدی در محاسبات کوانتومی را دارد.
محاسبات کوانتومی، زمینه‌ای انقلابی که از اصول مکانیک کوانتومی بهره می‌برد، نوید حل مسائل پیچیده‌ای را می‌دهد که فراتر از توانایی رایانه‌های کلاسیک هستند. با این حال، ساخت رایانه‌های کوانتومی عملی و مقیاس‌پذیر با موانع قابل توجهی روبرو است، از جمله حفظ حالت‌های کوانتومی ظریف کیوبیت‌ها، واحدهای سازنده بنیادی محاسبات کوانتومی. پیشرفت اخیر شامل یک ابررسانای جدید “روکش طلا” راه‌حلی بالقوه برای این چالش ارائه می‌دهد و راه را برای رایانه‌های کوانتومی با مقیاس بسیار بزرگ در آینده هموار می‌کند.
محققان دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، ماده ابررسانای جدیدی را توسعه داده‌اند که مقاومت بیشتری در برابر ناهمدوسی (decoherence)، مانع اصلی در محاسبات کوانتومی، نشان می‌دهد. ناهمدوسی، از دست دادن اطلاعات کوانتومی به دلیل تعامل با محیط، حالت‌های برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی ظریف و حیاتی برای محاسبات کوانتومی را مختل می‌کند. این ماده جدید که با ترکیب تلوریوم مثلثی، یک ماده کایرال، با یک لایه نازک طلا ایجاد شده است، خواص منحصر به فردی را نشان می‌دهد که می‌تواند به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان و مقیاس‌پذیری رایانه‌های کوانتومی را بهبود بخشد.
کلید این پیشرفت در فصل مشترک بین تلوریوم مثلثی و لایه طلا نهفته است. این فصل مشترک از طریق “اثر مجاورت” ابررسانا می‌شود، جایی که یک ماده غیر ابررسانا که در نزدیکی یک ابررسانا قرار می‌گیرد، خواص ابررسانایی به دست می‌آورد. ماهیت کایرال تلوریوم مثلثی، به این معنی که مولکول‌های آن فاقد تقارن تصویر آینه‌ای هستند، نقش مهمی در خواص کوانتومی بهبود یافته فصل مشترک ایفا می‌کند. این کایرالیتی از برهم‌نهی خواص کوانتومی آن بر روی تصویر آینه‌ای آن جلوگیری می‌کند و منجر به قطبش کاملاً تعریف شده حالت‌های کوانتومی در فصل مشترک می‌شود. این قطبش امکان استفاده بالقوه از برانگیختگی الکترون‌ها به عنوان کیوبیت را فراهم می‌کند.
محققان مشاهده کردند که ابررسانای فصل مشترک در مقایسه با ابررساناهای معمولی، افزایش شش برابری در انرژی اسپین نشان می‌دهد. علاوه بر این، تحت یک میدان مغناطیسی، این ماده به یک “ابررسانای سه‌گانه” تبدیل می‌شود که مقاومت بیشتری در برابر میدان‌های مغناطیسی نشان می‌دهد، یک ویژگی حیاتی برای حفظ پایداری کیوبیت. این مقاومت در برابر میدان‌های مغناطیسی یک مزیت قابل توجه نسبت به ابررساناهای معمولی است که بیشتر مستعد تداخل مغناطیسی هستند.
این تیم تحقیقاتی با همکاری مؤسسه ملی استاندارد و فناوری، قبلاً توانایی لایه‌های نازک طلا و نیوبیم را در سرکوب ناهمدوسی نشان داده بودند. این ابررسانای جدید “روکش طلا” بر اساس این کار قبلی ساخته شده است و پتانسیل بیشتری برای به حداقل رساندن ناهمدوسی در سیستم‌های محاسبات کوانتومی ارائه می‌دهد. با کاهش تأثیر عوامل محیطی خارجی، این ماده می‌تواند به طور قابل توجهی الزامات سختگیرانه برای جداسازی رایانه‌های کوانتومی را که در حال حاضر نیاز به اقدامات شدید برای محافظت آنها در برابر نوسانات دما و تداخل الکترومغناطیسی دارند، ساده کند.
جنبه امیدوارکننده دیگر این ماده جدید، نازکی آن است. با ضخامتی یک مرتبه کمتر از مواد مورد استفاده در رایانه‌های کوانتومی فعلی، این ماده پتانسیل توسعه اجزای تشدیدگر مایکروویو با تلفات کم را دارد. تشدیدگرهای مایکروویو با ذخیره و کنترل الکترون‌ها در فرکانس‌های مایکروویو، نقش حیاتی در رایانه‌های کوانتومی ایفا می‌کنند. تشدیدگرهای با کیفیت بالا و کم تلفات برای بهبود قابلیت اطمینان محاسبات کوانتومی ضروری هستند. نازکی این ماده جدید آن را به کاندیدای ایده‌آلی برای ساخت چنین تشدیدگرهایی تبدیل می‌کند.
در حالی که محققان هنوز دمای قطع بحرانی این ماده را فاش نکرده‌اند، دستیابی به سرکوب ناهمدوسی در دماهای بالاتر یک دستاورد پیشگامانه خواهد بود. کار در دماهای گرم‌تر به طور قابل توجهی پیچیدگی و هزینه مرتبط با حفظ محیط‌های برودتی مورد نیاز برای رایانه‌های کوانتومی فعلی را کاهش می‌دهد. اگرچه تحقیقات بیشتری برای تعیین عملی بودن این ماده مورد نیاز است، خواص نشان داده شده نوید قابل توجهی برای پیشبرد توسعه فناوری‌های محاسبات کوانتومی قوی‌تر و مقیاس‌پذیرتر ارائه می‌دهند.
تأثیر بالقوه این ابررسانای “روکش طلا” بر محاسبات کوانتومی قابل توجه است. با پرداختن به چالش حیاتی ناهمدوسی، این ماده می‌تواند راه را برای ساخت رایانه‌های کوانتومی بزرگتر و قدرتمندتر که قادر به حل مسائل پیچیده در زمینه‌هایی مانند کشف دارو، علم مواد و رمزنگاری هستند، هموار کند. در حالی که سفر به سمت محاسبات کوانتومی عملی همچنان چالش برانگیز است، این پیشرفت گامی مهم در تحقق پتانسیل تحول‌آفرین این فناوری انقلابی است.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: livescience
