این دستاورد مهم توسعه تراشه کوانتومی با 1 میلیون کیوبیت را ممکن می‌کند

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

مطابق با علم زنده و مقاله منتشر شده در طبیعتمحققان دانشگاه منچستر در انگلستان شکل جدید و فوق‌العاده خالصی از سیلیکون (ماده نیمه رسانا مورد استفاده در رایانه‌های معمولی) را به‌عنوان پایه‌ای برای ساخت کیوبیت‌ها در رایانه‌های کوانتومی که بسیار کارآمدتر از فناوری‌های موجود هستند، ایجاد کرده‌اند.

توسعه کامپیوترهای کوانتومی سیلیکونی خالص

در حالی که بیت‌ها در رایانه‌های معمولی به صورت «۰ و ۱» کدگذاری می‌شوند، کیوبیت‌ها در رایانه‌های کوانتومی می‌توانند برهم‌نهی این دو حالت باشند، به این معنی که یک ویژگی کوانتومی به نام «همسویی» دارند و می‌توانند فرآیندهای ۰ و ۱ را به صورت موازی نشان دهند.

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

یک مشکل کلیدی در محاسبات کوانتومی این است که کیوبیت ها “نویزدار” هستند، به این معنی که به شدت در برابر اختلالاتی مانند تغییرات دما حساس هستند و باید تا نزدیک 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 شوند تا از کیوبیت های فلزی ابررسانا. به عنوان مثال، تولید آنها ارزان است، در دماهای بالاتر کار می کنند و بسیار کوچک هستند.

در مطالعه جدید، دانشمندان پس از حذف ناخالصی‌ها از سیلیکون طبیعی، یک کیوبیت سیلیکون 28 (Si-28) ایجاد کردند که آن را «خالص‌ترین 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 متالوئیدی در محاسبات معمولی به خوبی کار می کند، اما زمانی که در محاسبات کوانتومی استفاده می شود مشکلاتی ایجاد می کند. در مطالعه حاضر، دانشمندان با توسعه روشی جدید، توانستند سیلیکون 28 را از اتم های مداخله گر Si-29 و Si-30 جدا کنند.

نویسنده اصلی این مطالعه درباره دستاوردهای تیم تحقیقاتی می گوید:

کاری که ما توانسته‌ایم انجام دهیم، ایجاد یک «آجر» حیاتی برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر سیلیکون است. این گام مهمی به سوی فناوری است که پتانسیل تحول آفرین را دارد [زندگی] انسانیت وجود دارد.