يحسن حل المواد الثوري تخزين المعلومات الكمومية لما يتجاوز 100 ميكروثانية
اكتشفت مجموعة من الباحثين طرقًا لتحسين وقت تخزين المعلومات الكمومية في مادة غنية بالدوران.
كجزء من الجهود العالمية لتطوير شبكات الكم العملية وأجهزة الكمبيوتر الكمومية، حقق فريق دولي من العلماء تقدمًا كبيرًا في الحفاظ على التماسك الكمي للكيوبتات ذات النقاط الكمومية.
تم تعيين مجموعة واسعة من الصناعات والمساعي البحثية لتجربة التحول نتيجة لهذه التقنيات.
ستؤثر على كل شيء بدءًا من النقل الآمن للمعلومات إلى البحث عن مواد ومواد كيميائية جديدة ذات خصائص فريدة، فضلاً عن القياس الدقيق للظواهر الفيزيائية الأساسية التي تتطلب أجهزة استشعار متزامنة.
واجهات الفوتون هي لبنات بناء أولية للشبكات الكمية التي تسمح بتحويل المعلومات الكمومية الثابتة (مثل الحالة الكمومية للأيون أو الكيوبت المغزلي للحالة الصلبة) إلى ضوء، أي الفوتونات، التي يمكن توزيعها على مسافات كبيرة.
يتمثل التحدي الرئيسي في العثور على واجهة جيدة في تخزين المعلومات الكمية وفعالة في تحويلها إلى ضوء.
تعد النقاط الكمومية لأشباه الموصلات النشطة بصريًا أكثر واجهات الفوتون الدوراني كفاءةً والمعروفة حتى الآن، لكن تمديد وقت تخزينها إلى ما بعد بضعة ميكروثانية قد حير علماء الفيزياء على الرغم من الجهود البحثية التي استمرت لعقد من الزمن.
الآن، أظهر الباحثون في جامعة كامبريدج، وجامعة لينز، وجامعة شيفيلد أن هناك حلًا بسيطًا من المواد لهذه المشكلة يحسن تخزين المعلومات الكمومية لما يتجاوز مئات الميكروثانية.
النقاط الكمومية هي هياكل بلورية مكونة من عدة آلاف من الذرات.
تحتوي كل نواة من هذه الذرات على عزم مغناطيسي ثنائي القطب يقترن بإلكترون النقطة الكمومية ويمكن أن يتسبب في فقدان المعلومات الكمومية المخزنة في الإلكترون كيوبت.
النتيجة التي توصل إليها فريق البحث، والتي نُشرت في Nature Nanotechnology ، هي أنه في جهاز مصنوع من مواد شبه موصلة لها نفس معامل الشبكة، شعرت النوى بنفس البيئة وتصرفت في انسجام تام.
نتيجة لذلك، أصبح من الممكن الآن تصفية هذه الضوضاء النووية وتحقيق تحسين بمقدار يقارب درجتين في وقت التخزين.
قالت كلير لو غال من مختبر كافنديش في كامبريدج، التي قادت فريق كامبريدج: “هذا نظام جديد تمامًا للنقاط الكمومية النشطة بصريًا حيث يمكننا إيقاف التفاعل مع النوى وإعادة تركيز دوران الإلكترون مرارًا وتكرارًا للحفاظ على حالته الكمية حية”. مشروع.
“لقد أظهرنا مئات الميكروثانية في عملنا، ولكن في الحقيقة، نحن الآن في هذا النظام، نعلم أن أوقات التماسك الأطول في متناول اليد.
بالنسبة للدوران في النقاط الكمومية، كانت أوقات التماسك القصيرة أكبر عقبة أمام التطبيقات، وهذا الاكتشاف يقدم حلاً واضحًا وبسيطًا لذلك. “
أثناء استكشاف النطاقات الزمنية التي تبلغ مائة ميكرو ثانية لأول مرة، فوجئ الباحثون بسرور عندما اكتشفوا أن الإلكترون لا يرى سوى ضوضاء من النوى على عكس الضوضاء الكهربائية في الجهاز، على سبيل المثال.
هذا حقًا مكان رائع يجب أن تكون فيه لأن المجموعة النووية هي نظام كمي معزول، والإلكترون المتماسك سيكون بوابة للظواهر الكمومية في مجموعة الدوران النووي الكبيرة.
الشيء الآخر الذي فاجأ الباحثين هو “الصوت” الذي تم التقاطه من النوى. لم يكن متناغمًا تمامًا كما كان متوقعًا في البداية، وهناك مجال لمزيد من التحسين في التماسك الكمي للنظام من خلال مزيد من هندسة المواد.
يقول أرماندو راستيلي ، المؤلف المشارك لهذه الورقة البحثية في جامعة لينز: “عندما بدأنا العمل بنظام المواد المطابق للشبكة المستخدم في هذا العمل، لم يكن الحصول على النقاط الكمومية بخصائص محددة جيدًا وجودة بصرية جيدة أمرًا سهلاً”.
. “إنه لمن المجدي جدًا أن نرى أن خطًا بحثيًا مبدئيًا مدفوعًا بالفضول حول نظام” غريب “إلى حد ما ومثابرة أعضاء الفريق المهرة سانتانو مانا وسايمون كوفر دا سيلفا أدى إلى استخدام الأجهزة في أساس هذه النتائج المذهلة.
الآن نحن نعرف ما هي فائدة الهياكل النانوية لدينا، ويسعدنا منظور المزيد من هندسة خصائصها مع المتعاونين معنا
يوضح دكتوراه كافنديش: “أحد أكثر الأشياء إثارة في هذا البحث هو ترويض نظام كمي معقد: مائة ألف نواة مرتبطة بقوة بدوران إلكتروني متحكم فيه جيدًا”.
الطالب ليون زابورسكي – المؤلف الأول للورقة. يتعامل معظم الباحثين مع مشكلة عزل كيوبت عن الضوضاء عن طريق إزالة جميع التفاعلات.
تصبح الكيوبتات الخاصة بهم تشبه إلى حد ما قطط شرودنجر المخدرة، والتي بالكاد يمكن أن تتفاعل مع أي شخص يسحب ذيله. “قطتنا” تحتوي على منبهات قوية، مما يعني – عمليًا – أنه يمكننا الاستمتاع أكثر معها “.
يوضح البروفيسور ميتي أتاتور ، المؤلف المشارك لهذه الورقة البحثية: “تجمع النقاط الكمية الآن بين الكفاءة الكمومية العالية وأزمنة تماسك الدوران الطويلة”.
“في المستقبل القريب، نتصور هذه الأجهزة لتمكين إنشاء حالات الضوء المتشابك لجميع الحوسبة الكمومية الضوئية والسماح بتجارب التحكم الكمومية التأسيسية لمجموعة السبين النووي.”
المصدر: scitechdaily
شاهد المزيد:
