خلاصه خبر:
مهندسان در سیدنی با استفاده از چهار روش مختلف کنترل کوانتومی، اطلاعات کوانتومی را در یک اتم آنتیموان که در یک تراشه سیلیکونی جاسازی شده است، رمزگذاری کرده‌اند. این پیشرفت می تواند به غلبه بر چالش ها در راه اندازی میلیون ها واحد محاسباتی کوانتومی بر روی یک تراشه کوچک کمک کند. 16 حالت کوانتومی اتم آنتیموان که از هسته و الکترون آن به دست می‌آید، با استفاده از میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی دستکاری شدند. انعطاف پذیری ارائه شده توسط این روش ها امکان طراحی کارآمدتر تراشه های محاسباتی کوانتومی آینده را فراهم می کند. فناوری مبتنی بر سیلیکون امکان ادغام میلیون‌ها کیوبیت را در یک فضای کوچک فراهم میکند و چگالی اطلاعات بسیار بالایی را ارائه می‌دهد. هدف محققان استفاده از قابلیت های محاسباتی اتم آنتیموان برای انجام عملیات کوانتومی پیشرفته و ساخت کیوبیت های منطقی با خطای تصحیح شده است.
توضیحات تکمیلی:
مهندسان UNSW سیدنی با رمزگذاری اطلاعات کوانتومی به چهار روش مجزا در یک اتم منفرد که در یک تراشه سیلیکونی جاسازی شده است، به نقطه عطف قابل توجهی در محاسبات کوانتومی دست یافته اند. این پیشرفت پتانسیل مقابله با چالش‌های کارکرد میلیون‌ها واحد محاسباتی کوانتومی بر روی یک تراشه کوانتومی سیلیکونی کوچک را دارد. این تیم یافته های خود را در Nature Communications منتشر کرد و توضیح داد که چگونه از 16 حالت کوانتومی یک اتم آنتیموان برای رمزگذاری اطلاعات کوانتومی استفاده کردند.
انتخاب آنتیموان استراتژیک بود، زیرا هسته آن دارای هشت حالت کوانتومی منحصر به فرد است و الکترون آن دارای دو حالت کوانتومی است که در مجموع 16 حالت کوانتومی در یک اتم ایجاد می کند. این تعداد حالت معمولاً به ساخت و کوپل کردن چهار بیت کوانتومی ساده یا کیوبیت نیاز دارد. محققان با موفقیت چهار روش مختلف کنترل کوانتومی را در یک اتم نشان دادند، از جمله دستکاری الکترون و هسته با استفاده از میدان های مغناطیسی و الکتریکی.
مزیت چندین روش کنترل، در انعطاف پذیری آنها است که به مهندسان کامپیوتر و فیزیکدانان هنگام طراحی تراشه های محاسباتی کوانتومی آینده کمک میکند. به عنوان مثال، تشدید مغناطیسی، در حالی که سریعتر است، به طور گسترده در فضا پخش می شود و ممکن است بر اتم های همسایه تأثیر بگذارد. از سوی دیگر، رزونانس الکتریکی را می توان به صورت محلی برای انتخاب یک اتم خاص بدون تأثیرگذاری بر همسایگان آن اعمال کرد.
استفاده از فناوری مبتنی بر سیلیکون سودمند است زیرا امکان ادغام میلیون‌ها کیوبیت در یک میلی‌متر مربع از یک تراشه را فراهم میکند و چگالی اطلاعات بسیار بالایی را ارائه می‌دهد. در حالی که پیشرفت از نظر تعداد کیوبیت‌های کاری ممکن است در مقایسه با رویکردهای دیگر، مانند رویکردهای گوگل و IBM، کندتر باشد، تمرکز تیم UNSW بر استفاده از فناوری موجود برای رایانه‌های معمولی است که مقیاس‌پذیری و پتانسیل سخت‌افزار کوانتومی مفید تجاری را ارائه می‌دهد.
در آینده، محققان قصد دارند از قابلیت های محاسباتی اتم آنتیموان برای انجام عملیات کوانتومی پیشرفته و ساخت کیوبیت های منطقی با خطای تصحیح شده در یک اتم استفاده کنند. این توسعه نشان‌دهنده مرز بعدی در سخت‌افزار کامپیوتر کوانتومی عملی است که فرصت‌های فوق‌العاده‌ای را برای افزایش مقیاس سخت‌افزار کوانتومی سیلیکونی برای دوام تجاری ارائه می‌دهد. رمزگذاری موفقیت‌آمیز اطلاعات کوانتومی در یک اتم، فرصت‌های جدیدی را برای پردازش اطلاعات کوانتومی و اکتشاف پایه‌های کوانتومی باز میکند.
منبع
Irene Fernández de Fuentes et al, Navigating the 16-dimensional Hilbert space of a high-spin donor qudit with electric and magnetic fields, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-45368-y
