سیلیکون خالص ۲۸ راه را برای تراشه‌های کوانتومی با یک میلیون کیوبیت باز می‌کند
تیم پژوهشی دانشگاه منچس‌تر با حذف ناخالصی‌های سیلیکون طبیعی، لایه‌ای بی‌نظیر از این عنصر با خالصیت بی‌سابقه تولید کرده‌اند. این پیشرفت می‌تواند موانع اصلی مقیاس‌پذیری پردازنده‌های کوانتومی را برطرف سازد و مسیر ساخت تراشه‌های حاوی می‌لیون‌ها کیوبیت را هموار نماید.
چرا سیلیکون خالص برای کامپیو‌تر کوانتومی حیاتی است؟
بر اساس گزارش لایو ساینس و مقاله‌ای در نشریه نیچر، محققان موفق شده‌اند ایزوتوپ سیلیکون-۲۸ را به خالصیت نزدیک به صددرصد برسانند. این ماده پایه که در تراشه‌های معمولی نیز کاربرد دارد، اکنون به عنوان کاندیدای ایده‌آل برای معماری کیوبیت‌های نیمه‌رسانایی معرفی شده است.
برخلاف بیت‌های کلاسیک که تنها در حالت صفر یا یک وجود دارند، کیوبیت‌ها از پدیده همدوسی بهره برده و هر دو حالت را به‌صورت همزمان پردازش می‌کنند. این ویژگی توان محاسباتی را به‌شکل نمایی افزایش می‌دهد، اما پایداری این حالت‌ها که به آن انسجام کوانتومی می‌گویند، چالش اصلی است.
بزرگ‌ترین کامپیوتر‌های کوانتومی کنونی حدود هزار کیوبیت فعال دارند، در حالی که برای حل مسائل واقعی و پیچیده مانند شبیه‌سازی مولکول‌ها یا شکستن رمز‌نگاری‌های پیشرفته، به تقریبا یک میلیون کیوبیت پایدار نیاز است. کیوبیت‌های معمول ساخته شده از فلزات ابررسانا مانند تانتالیم یا نیوبیم، حساسیت شدیدی نسبت به نوسانات حرارتی دارند و باید در دمای نزدیک به صفر مطلق نگهداری شوند؛ هزینه و پیچیدگی سیستمی که برای مقیاس یک میلیون کیوبیت تقریبا غیر‌ممکن است.
کیوبیت‌های پایه‌ی سیلیکون مزیت‌های استراتژیکی دارند ابعاد نانو‌متری، سازگاری با خط تولید تراشه‌های فعلی، کارایی در دمای بالا‌تر و هزینه کمتر. با این حال، سیلیکون طبیعی شامل سه ایزوتوپ، و است. وجود هسته‌های اتمی با اسپین هسته‌ای نیمی، منبع نویز مغناطیسی است که انسجام کیوبیت را در کسری از ثانیه از بین می‌برد.
در این پژوهش نوین، دانشمندان با به‌کارگیری تکنیک جدا‌سازی ایزوتوپی پیشرفته، اتم‌های و را به‌طور کامل حذف کرده و سیلیکون-۲۸ خالص را به‌دست آورده‌اند. این آجر پایه جدید، محیطی بی‌نویز برای اسپین‌های الک‌ترونیکی یا هسته‌ای فراهم می‌کند که زمان انسجام را به می‌زان قابل‌توجه‌ی افزایش می‌دهد.
ما موفق شدیم یک آجر حیاتی برای معماری کوانتومی مبتنی بر سیلیکون بسازیم. این گام، پتانسیل دارد تا فناوری‌ای را محقق سازد که روند توسعه بشریت را دگرگون کند.
با رفع موانع نویز ذاتی ماده، تیم منچس‌تر اکنون بر روی یکپارچه‌سازی این کیوبیت‌های خالص در معماری‌های مقیاس‌پذیر و کنترل خطای کوانتومی متمرکز است. اگر چالش‌های مهندسی باقی‌مانده حل شوند، رویای کامپیو‌تر کوانتومی با یک میلیون کیوبیت که قدرت محاسباتی فرا‌تر از تمام ابرکامپیوتر‌های جهان را در خود جای می‌دهد، از خواب به واقعیت تبدیل خواهد شد.
