بازدید: ١٣٧١

بهترین دوست دانشمندان فیزیک کووانتوم، الماسها هستند

 

یک گروه از دانشمندان بین المللی که رهبری آنها را محققانی از دانشگاه کالیفرنیا در سانتاباربارا به عهده داشتند، اولین گامهای ایجاد یک کامپیوتر کوانتومی را در داخل یک قطعه الماس برداشتند.

در گذشته این دانشمندان یک واحد دو qubit ای برای یک کامپیوتر کوانتومی ساخته بودند. (qubit مخفف quantum bit است).

یک qubit معادل محاسباتی کوانتومی یک بیت است که برخلاف یک بیت عادی که مقدار آن باید در یک حالت باشد(بعنوان مثال، یا صفر باشد یا یک)، می تواند در یک زمان هردو حالت را باهم داشته باشد بطور مثال همزمان خاموش و روشن باشد.

یکی از اعضای این تیم به نام Zhihui Wang که محقق برجسته ای در این دانشگاه به حساب می آید ابراز داشت: ما از یک برهم کنش فوق العاده خوبی بین اسپین(Spin) الکترون و اسپین هسته استفاده می کنیم. چنین برهم کنشی بطور طبیعی در سیستم وجود دارد.

وی در ادامه افزود: اسپین الکترون در یک میدان مغناطیسی بصورتی بسیار سریع پردازش می شود در حالیکه اسپین هسته ای در حدود 1000 دور کندتر می چرخد. از اسپین سریع می توان برای پردازش و از اسپین کند برای ذخیره سازی اطلاعات استفاده کرد.

تغییر در جهت محور چرخش یک جسم در حال چرخش را تقدم یا انحراف از مسیر می گویند. این مسئله حائز اهمیت به وضوح مشاهده شده است که در یک چرخش سرعت بالا، سرعت چرخش کاسته شده و ابتدا در یک جهت و سپس در جهت دیگر منحرف می شود.

آزمایش مزبور این مسئله را برای ما روشن می کند که امکان حفظ یک qubit در برابر همدوس زدایی وجود دارد.

الماسی که در مرکز قرار دارد به اندازه 1*1 میلیمتر می باشد

 

همدوس زدایی به معنی از دست اطلاعات از یک سیستم داخل محیطی می باشد. این یکی از موانع سدراه ساخت یک کامپیوتر کوانتومی است زیرا چنین کامپیوترهایی نیاز دارند که حالت های همدوسی آنها حفظ شود.

 

اطلاعاتی در رابطه با آزمایش

 

تیم تحقیقاتی از یک الماس سنتزی نوع IIa استفاده می کند که توسط روش رسوب گذاری بخار شیمیایی بدست آمده است. الماسهای نوع IIa به ندرت در طبیعت یافت می شوند. این نوع الماسها حاوی مقدار بسیار کمی نیتروژن می باشند.

رسوب گذاری بخار شیمیایی(یا رسوب شیمیایی از فاز بخار CVD) فرایند ساخت یک لایه ماده اولیه جامد است. اینکار با قرار دادن لایه در معرض مواد فرار(بخار شدنی) انجام می شود که یا با آن واکنش می دهد یا برروی لایه تجزیه می شود تا بدین طریق رسوب گذاری کند. از این فرایند معمولا در صنعت نیمه رساناها استفاده می شود تا بدین وسیله فیلمهای نازک تولید کنند. همچنین از آن برای تولید الماسهای سنتزی نیز استفاده می شود.

اندازه الماس استفاده شده در این آزمایش در حدود 5 میلیمترمکعب می باشد.

تیم تحقیقاتی خواهان الماسی با نقص خلاء نیتروژنی(N –V) بود. البته خصوصیتی که بیشترین بررسی ها در مورد آن انجام شده است، نورتابی فوتونی است. آقای wang در ادامه صحبتهایش می افزاید: مرکز خلاء نیتروژنی دارای برخی ازخصوصیات الکترونیکی و نوری می باشد که می توان از آن برای بیتهای کوانتومی استفاده کرد.

یک مرکز N-V می تواند بعنوان یک واحد اصلی و پایه از یک کامپیوتر کوانتومی درنظر گرفته شود.

 

بهره برداری از N-V

 

در مرکزNV، یک اتم کربن در الماس با نیتروژن جایگزین می شود و یک نقطه شبکه ای مجاور آن خالی می ماند. الماسی که شامل اتمهای کربن است، به شکل یک شبکه مرتب می شود.

اسپینهای الکترون در مراکز N-V می توانند در دمای اتاق و با استفاده از یک میدان مغناطیسی، یک میدان الکترویکی، تششع ماکروویو(ریزموج) یا ترکیبی از آنها تغییر داده شوند. این نتایج در تشدیدهای (رزونانس های) تند و در شدت و طول موج نورتابی فوتونی حاصل می شوند که فقط در شرایط پیچیده کوانتومی و سایر پدیده های مربوط به اسپین الکترونی قابل توضیح می باشند.

آقای Wang می افزاید که: هردو qubit های استفاده شده در آزمایش به مرکز N-V وابسته هستند.

تیم تحقیقاتی از امواج ماکروویو(ریزموج) برای اسپین الکترونی استفاده کردند تا از qubit ها در برابر همدوس زدایی محافظت کنند.

Rob Enderle تحلیل گر اصلی گروه می گوید: اینکار فقط نشان دهنده آن است که می توان این روش را ادامه داد. البته هنوز تا آن زمان که بتوان چیزی را بعنوان یک محصول به بازار عرضه کرد، راه زیادی داریم.

 

الماسها تا ابد کوانتوم هستند

 

در چند ساله گذشته فیزیکدانانی که بر روی محاسبات کوانتومی کار می کنند برای پیشبرد اهداف خود بطور فزاینده ای از الماسها استفاده کرده اند.

در ماه مارس، یک تیم از دانشگاه هاروارد با استفاده از فرایند CVD غشاء یک الماس نانومتری ضخیم باکیفیت را بر روی الگوهای الماس با یونهای آسیب دیده، رشد دادند. اینکار یک روش قابل سنجش برای ساخت ابزارهایی است که در آنها الماس بکار رفته است.

یک تیم شامل دانشمندانی از دانشگاه UC سنتاباربارا و دانشگاه Konstanz آلمان گردهم آمدند تا اطلاعات کوانتومی موجود در یک الکترون موجود در الماس را به درون یک هسته نیتروژن مجاور آن انتقال دهند و مجددا به مکان قبلی آن بازگردانند. اینطور که در ماه جون 2011 در مجله Nature Physicsگزارش داده شده، اینکار را با استفاده از سیم کشی روی چیپی انجام داده اند.

در ماه جون 2010 دانشمندان انستیتوی Wuhan فیزیک و ریاضیات که یک آکادمی چینی علوم می باشد به همراه دانشگاه علوم و تکنولوژی چین، بررسی بر روی قابلیت مراکز N-V در الماسها را آغاز کرده اند.

 

منبع

 

طراحی سایت و سئو توسط ضابط