خلاصه خبر:
فیزیکدانان دانشگاه رایس یک ماده کوانتومی با تغییر فاز را کشف کرده‌اند که میتواند باعث ایجاد حافظه غیرفرار با قابلیت ذخیره بیت‌های کوانتومی اطلاعات، حتی زمانی که کامپیوتر کوانتومی خاموش است، شود. با دستکاری یک کریستال از آهن، ژرمانیوم و تلوریوم، توانستند بین دو فاز الکترونیکی جابجا شوند که هر کدام حالت‌های کوانتومی محافظت‌شده توپولوژیکی را نشان میدهند. این رویکرد پتانسیل کاهش خطاهای ناشی از ناهمدوسی در محاسبات کوانتومی را دارد. مکان‌های خالی کریستال، یا مکان‌های خالی اتمی، بسته به سرعت خنک‌سازی به‌طور متفاوتی چیده میشوند که امکان کنترل توپولوژی الکترونیکی را فراهم میکند. برخلاف حافظه رایج تغییر فاز، این ماده میتواند بدون نیاز به ذوب و تبلور مجدد، فازها را تغییر دهد. این یافته فرصت های جدیدی را برای توسعه فناوری های کوانتومی کارآمدتر باز میکند.
توضیحات تکمیلی:
فیزیکدانان دانشگاه رایس کشف غیرمنتظره ای از یک ماده کوانتومی در حال تغییر فاز کردند. این پیشرفت می تواند راه را برای توسعه حافظه فلش مانندی که قادر به ذخیره بیت کوانتومی اطلاعات است، حتی زمانی که یک کامپیوتر کوانتومی خاموش است، هموار کند.
با گرم کردن کریستالی متشکل از آهن، ژرمانیوم و تلوریم، محققان توانستند آن را بین دو فاز الکترونیکی جابه‌جا کنند که هر کدام حالت‌های کوانتومی محافظت‌شده توپولوژیکی را تولید می‌کنند. ذخیره کیوبیت ها در چنین حالت های محافظت شده از نظر توپولوژیکی می تواند به طور بالقوه خطاهای مربوط به ناهمدوسی را در محاسبات کوانتومی کاهش دهد.
محققان دریافتند که جای خالی کریستال(crystal's vacancies)، یا مکان‌های خالی اتمی (empty atomic sites)، بسته به سرعت سرد شدن کریستال، در الگوهای مختلفی مرتب شده‌اند. با گرم کردن و خنک کردن کریستال برای دوره های زمانی خاص، آنها می توانند بین الگوها جابجا شوند و در نتیجه توپولوژی الکترونیکی را تغییر دهند.
این رویکرد، با استفاده از کنترل ترتیب جای خالی برای القای تغییرات توپولوژیکی، یک مفهوم جدید است که به طور گسترده مورد بررسی قرار نگرفته است. محققان بر این باورند که می‌توان از ترتیب جای خالی برای ایجاد تغییرات توپولوژیکی در مواد دیگر نیز استفاده کرد.
این کشف فرصت هایی را برای ایجاد حافظه غیر فرار با قابلیت ذخیره کیوبیت ها حتی زمانی که یک کامپیوتر کوانتومی خاموش است، باز می کند. برخلاف حافظه رایج تغییر فاز(phase-changing memory)، این ماده نیازی به ذوب و تبلور مجدد ندارد.
یافته های این مطالعه پیامدهایی برای طراحی و کنترل اشکال جدید توپولوژی در مواد کوانتومی دارد و می تواند به پیشرفت در محاسبات کوانتومی کمک کند. این تحقیق شامل کار مشترک با ده ها همکار از موسسات مختلف بود و در Nature Communications منتشر شد.
منبع
Han Wu et al, Reversible non-volatile electronic switching in a near-room-temperature van der Waals ferromagnet, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46862-z
