ساخت بیت‌های کوانتومی با استفاده از گره‌های سخت

محققان روش جدیدی برای ساخت یک نقطه کوانتومی(یا qubit) عرضه کرده‌اند که در آن از یک «گره سخت » استفاده می‌شود. نتایج حاصله حاکی از آن است که شکل فضایی می‌تواند نقش مهمی در تعیین خصوصیات چنین ساختارهایی داشته باشد. این ابزار ـ که هم‌اکنون در حد یک ایده ریاضیاتی است ـ می‌تواند به کاربردهایی کوانتومی جدیدی منجر گردد.

محققان روش جدیدی برای ساخت یک نقطه کوانتومی عرضه کرده‌اند که در آن از یک «گره
سخت*» استفاده می‌شود. نتایج حاصله حاکی از آن است که شکل فضایی می‌تواند نقش
مهمی در تعیین خصوصیات چنین ساختارهایی داشته باشد. این ابزار ـ که هم‌اکنون در
حد یک ایده ریاضیاتی است ـ می‌تواند به کاربردهایی کوانتومی جدیدی منجر گردد.

روزن داندولوف از دانشگاه Cergy-Pontoise فرانسه و سرپرست این گروه تحقیقاتی،
در این باره گفت:« اگراطلاعات مربوط به چنین توانمندی‌ای در مطالعات نظری
دینامیک کوانتومی دوبعدی و سه‌بعدی وجود داشته باشد، بسیار کم است و میزان
استفاده از این توانمندی نیز وضعیت مشابهی دارد؛ اما این وضعیت در حال تغییر
است، زیرا فناوری مدرن کنونی به ما این امکان را داده‌است تا از برهم‌کنش
مقیدسازی ـ که به‌واسطه انحنای مذکور ایجاد می‌شود ـ در کاربردهای مختلف بهره
بگیریم.»

یکی از اعضای این گروه به نام ویکتور آتاناسف از آکادمی علوم بلغارستان، توضیح
داد که یک نقطه کوانتومی می‌تواند به‌سادگی با ایجاد گرهی بر روی یک سیم
کوانتومی ساخته شود. سیم مذکور با یک عایق پوشانده می‌شود تا پویایی ذرات را به
درون سیم محدود کرده، مانع از تونل‌زنی الکترون گردد.

طرز کار این ابزار به این شکل است: یک ذره کوانتومی(یک الکترون، حفره یا
برانگیختگی) ـ که درون سیم کوانتومی محدود گردیده‌است ـ در معرض یک پتانسیل
مقیدساز قرار می‌گیرد و می‌تواند در یک ه‌مقدار خاص مقید گردد. ‌حالت مذکور
می‌تواند از طریق تونل‌زنی از میان مانعِ منحنی گره به دو ‌حالت با دو ه‌مقدار
متفاوت تجزیه شود. می‌توان با تحریک به‌وسیله ریزموج‌ها، بین این دو
تراز(حالت‌های ۰ و۱ در یک بیت کوانتومی) گذاری با یک بسامد تشدیدی برقرار کرد؛
البته برای انجام چنین گذاری، ذره گیرافتاده باید باردار باشد تا بتواند با
میدان مغناطیسی اعمالی جفت گردد.

آتاناسف عنوان کرد که کاربردهای این بیت‌های کوانتومی، تفاوتی با کاربردهای
سایر بیت‌های کوانتومی ندارند. علاوه ‌بر این، اگر الکترونِ گیرافتاده در درون
سیم باردار باشد، یک تقارن الکتریکی به گره القا می‌کند. به عبارت دیگر،
بیت‌های کوانتومی ساخته‌شده از گره‌ها می‌توانند با یکدیگر جفت شوند و امکان
ایجاد برهم‌‌کنش‌ بین‌ بیت‌های کوانتومی مذکور وجود دارد.

وی افزود:‌«ما هنوز به قابلیت‌های این فناوری جدید مطمئن نیستیم؛ اما معتقدیم
که ساخت بیت‌های کوانتومی گرهی‌، که از سیم‌های کوانتومی نانومقیاس ساخته
می‌شوند و با ریزموج‌های بسیار دقیق تحریک می‌گردند چندان دشوار یا گران نخواهد
بود.»

هم‌اکنون این گروه قصد دارند تا انواع دیگری از بیت‌های کوانتومی را بررسی
کنند. آتاناسف در این خصوص گفت:«ما معتقدیم که ایجاد چند گره بر روی یک سیم
کوانتومی باید یک ساختار متناوب ایجاد کند. اگر فواصل بین گره‌ها ثابت نگه
داشته شود، چنین ساختاری یک شبیه‌سازی کوانتومی از یک جامد بلوری تک‌بعدی خواهد
بود.»

*گره سخت، یک سیم نانوکوانتومی است که یک گره بر روی آن وجود دارد.