محققان مؤسسه فناوری ماساچوست راهکار جدیدی برای حفظ برهم‌نهی در گروهی از ابزارهای کوانتومی ساخته شده از الماس‌های سنتزی ارائه نموده‌اند. این کار گام مهمی به سوی تولید رایانه‌های کوانتومی پایدار به شمار می‌رود.
حفظ برهم‌نهی در سامانه‌های کوانتومی
به گزارش سایت فناوری های همگرا، رایانه‌های کوانتومی ابزارهایی هستند که می‌توانند محاسبات را بسیار سریع‌تر از رایانه‌های معمولی انجام دهند. این رایانه‌ها از ویژگی به نام برهم‌نهی بهره می‌برند که به توانایی یک ذره کوانتومی در داشتن بیش از یک حالت فیزیکی در آن واحد گفته می‌شود.
اما برهم‌نهی بسیار شکننده بوده و یافتن راه‌هایی برای حفظ آن یکی از موانع توسعه رایانه‌های کوانتومی عمومی به شمار می‌رود. حال محققان مؤسسه فناوری ماساچوست راهکار جدیدی برای حفظ برهم‌نهی در گروهی از ابزارهای کوانتومی ساخته شده از الماس‌های سنتزی ارائه نموده‌اند. این کار گام مهمی به سوی تولید رایانه‌های کوانتومی پایدار به شمار می‌رود.
در بسیاری از زمینه‌های مهندسی، بهترین راه برای پایداری یک سامانه فیزیکی، کنترل بازخورد است. بر اساس این روش، شاخصی همچون مسیر پرواز یک هواپیما یا دمای یک موتور اندازه‌گیری شده و بر اساس عدد به دست آمده، سیگنالی به سیستم ارسال می‌شود تا آن را به وضعیت موردنظر بازگرداند. مشکلی که استفاده از این روش در سامانه‌های کوانتومی دارد این است که هرگونه اندازه‌گیری، حالت برهم‌نهی را از بین می‌برد. بنابراین محققان این حوزه باید بدون وجود بازخورد این کار را انجام دهند.
پروفسور پائولا کاپلارو، استاد مهندسی و علوم هسته‌ای در موسسه فناوری ماساچوست، می‌گوید: «آنچه محققان به طور معمول انجام می‌دهند، چیزی است که کنترل حلقه‌باز نامیده می‌شود. شما از قبل درباره نحوه کنترل سامانه خود تصمیم می‌گیرید و سپس کنترل‌کننده خود را اعمال نموده و به امید بهترین نتیجه می‌مانید. با استفاده از این روش هر چه بهتر سامانه خود را بشناسید، نتیجه مورد انتظار شما بیشتر برآورده خواهد شد. استفاده از بازخورد روش بهتری است، زیرا به شما این امکان را می‌دهد که سامانه را بر اساس اطلاعات واقعی اصلاح نمایید».
در این تحقیق که توسط کاپلارو و ماساشی هیروسی، دانشجوی دکترای سابق وی، انجام شده است، یک سامانه کنترل بازخورد جدید برای برهم‌نهی کوانتومی توصیف شده است که نیازی به اندازه‌گیری ندارد. کاپلارو توضیح می‌دهد: «ما به جای استفاده از یک کنترل‌کننده معمولی برای اجرای بازخورد، از یک کنترل‌کننده کوانتومی استفاده می‌کنیم. چون کنترل‌کننده کوانتومی است، نیازی به اندازه‌گیری برای دانستن آنچه اتفاق می‌افتد، نیست».
آن‌ها از سامانه‌ای به نام مرکز خالی نیتروژن در الماس بهره می‌برند. الماس خالص از اتم‌های کربن تشکیل می‌شود که در یک ساختار شبکه‌ای منظم به هم متصل شده‌اند. اگر یکی از اتم‌های کربن این شبکه حذف شود، یک جای خالی ایجاد می‌شود. حال اگر یک اتم نیتروژن جای اتم کربن حذف شده را در شبکه بگیرد، یک مرکز خالی نیتروژن (NV) ایجاد می‌شود.
جزئیات این کار در مجله nature منتشر شده است.
