محققان مرکز IBS برای نانو علوم کوانتومی (QNS) در دانشگاه Ewha Womans، با همکاری تیم هایی از ژاپن، اسپانیا و ایالات متحده، به پیشرفت چشمگیری در علم اطلاعات کوانتومی دست یافته اند. آنها با موفقیت یک پلت فرم جدید برای کیوبیت های الکترون اسپین ایجاد کرده اند که اتم به اتم روی یک سطح مونتاژ می شوند و امکان کنترل همزمان چندین کیوبیت را فراهم می کنند. این دستاورد پیامدهای مهمی برای محاسبات کوانتومی، سنجش و ارتباطات دارد. این تحقیق در مجله Science منتشر شده است.
بر خلاف افزاره‌های (دیوایس‌های) کوانتومی اتمی قبلی که فقط یک کیوبیت را می‌توان کنترل کرد، محققان QNS توانایی کنترل چندین کیوبیت به طور همزمان از جمله گیت‌های تک، دو و سه کیوبیت را نشان دادند. این یک جهش بزرگ در ساخت سیستم‌های چند کیوبیتی است که برای پیشرفت فناوری‌های کوانتومی ضروری هستند.
پلت فرم نوآورانه کیوبیت توسعه یافته توسط محققان شامل اتم های مغناطیسی منفرد است که دقیقاً روی یک سطح دست نخورده با استفاده از scanning tunneling microscope (STM) قرار گرفته اند. دستکاری این اتم ها توسط رزونانس اسپین الکترون (ESR-STM) تسهیل می شود که امکان دستکاری منسجم حالات کوانتومی را فراهم می کند. علاوه بر این، محققان امکان کنترل کیوبیت‌های راه دور را نشان داده‌اند و راه را برای مقیاس‌پذیری به ده‌ها یا صدها کیوبیت در یک محیط بدون نقص هموار می‌کنند.
دقت مقیاس اتمی این پلتفرم، امکان دستکاری از راه دور اتم های جداگانه را برای انجام عملیات کیوبیت ،بدون حرکت فیزیکی نوک STM ، فراهم می کند. این رویکرد خود را از سایر پلتفرمهای کیوبیت متمایز می‌کند و از نظر پلتفرمهای اسپینی موجود و مونتاژ دقیق هندسه‌های دو بعدی، مزایای منحصربه‌فردی را ارائه می‌دهد.
محققان پیش‌بینی می‌کنند که این پیشرفت منجر به توسعه پروتکل‌هایی برای سنجش کوانتومی، محاسبات و شبیه‌سازی با استفاده از این معماری‌های اتمی دقیقاً مونتاژ شده خواهد شد. توانایی مهندسی سیستم‌های چند کیوبیتی در مقیاس اتمی، فرصت‌های جدیدی را برای دستیابی به کنترل بی‌سابقه در علم اطلاعات کوانتومی باز می‌کند.
کار محققان QNS نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در زمینه محاسبات کوانتومی است و ما را به درک پتانسیل فناوری های کوانتومی نزدیک می کند. توانایی کنترل چندین کیوبیت به طور همزمان در مقیاس اتمی، ما را یک قدم به استفاده از قدرت محاسبات کوانتومی برای کاربردهای عملی نزدیک‌تر می‌کند.
منبع
More information: Yu Wang et al, An atomic-scale multi-qubit platform, Science (2023). DOI:10.1126/science.ade5050. www.science.org/doi/10.1126/science.ade5050
