گروهی از دانشمندان مستقر در مرکز فناوری نانوی لندن و آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی بزرگ در فلوریدا، روش جدید و کارآتری برای کدگذاری اطلاعات کوانتومی در داخل سیلیکون کشف کردند.
عنصر بیسموت به عنوان قطعه رویایی رایانه کوانتومی
گروهی از دانشمندان مستقر در مرکز فناوری نانوی لندن و آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی بزرگ در فلوریدا، روش جدید و کارآتری برای کدگذاری اطلاعات کوانتومی در داخل سیلیکون کشف کردند.
عنصر شیمیایی بیسموت، علی‌رغم سازگاری همه جانبه‌اش با تمام تراشه‌های سیلیکونی، در مسابقه فناوری‌های کوانتومی در مقایسه با اتم‌های فسفر کمتر مورد توجه قرار گرفته است. این به خاطر آن است که میکروالکترونیک امروزی از فسفر حل شده در سیلکون استفاده می‌کند.
بااینحال، اکنون این پژوهشگران دریافته‌اند که اتم‌های بیسموت بهتر از اتم‌های فسفر هستند. بیسموت سنگین‌ترین اتم پایدار است و به همان نسبت دارای “اسپین” هسته‌ای بزرگی است. اسپین کوانتومی آن شبیه به آهنربای یک قطبنما است که می‌تواند در ده جهت مختلف جهتگیری داشته باشد در حالیکه برای هسته فسفر این کار فقط در دو جهت امکان‌پذیر است. این خاصیت به هسته‌های بیسموت اجازه می‌دهد تا اطلاعات کوانتومی بیشتری نسبت به هسته‌های فسفر در خود ذخیره کنند.
یک اتم بیسموت در برشی از بلور سیلکون. ابر نوری سبز بزرگ مکان‌های احتمالی تابع موج الکترون مقید را نشان می‌دهد و پیکان ارغوانی نشان دهنده اسپین آن است. اسپین هسته بیسموت (پیکان آبی) می‌تواند در ده جهت مختلف سمتگیری داشته باشد که با رنگ قرمز و زرد نشان داده شده است.
این مشاهدات منجر به پیشنهاد ایجاد یک “مجموعه‌ی رؤیایی” با استفاده از بیسموت و فسفر در سیلکون می‌شود. از آنجایی که آنها متفاوت هستند، می‌توانند به طور مستقل دستکاری شوند. بیسموت اطلاعات کوانتومی را ذخیره می‌کند در حالیکه فسفر جریان اطلاعات را کنترل می‌نماید.
دکتر گاوین مورلی، یکی از این محققان، گفت: “مشکلات تجربی که ما بر آنها فائق آمده‌ایم شامل استفاده از بیسموت در سیلکون برای تهیه، کنترل، و ذخیره اطلاعات کوانتومی است. در این حالت، بزرگتر بودن بهتر است زیرا هسته‌های بزرگتر بیسموت می‌توانند فضای بیشتری برای ذخیره اطلاعات کوانتومی مهیا کنند.”
مارشال استونهام، یکی دیگر از این محققان، گفت: “داشتن یک نوع اتم برای ذخیره اطلاعات کوانتومی در سیلکون و نوع دیگر برای کنترل آن به مانند آوردن یک شخص دیگر به یک گفتگوی تک‌نفره است: بسیار جالب می‌شود.”
این تحقیق در واقع توان باالقوه‌ی بیسموت را برای ساخت یک رایانه کوانتومی نشان می‌دهد.
نتایج این تحقیق در مجله‌‌های Nature Materials و Physical Review Letters منتشر شده است.
