خلاصه خبر:
محققان به پیشرفتی در اتصال کیوبیت ها در رایانه های کوانتومی با استفاده از آهنربا دست یافته اند. آنها با بهره‌برداری از تعامل بین مراکز خالی نیتروژن (NV) در کیوبیت‌های الماس و مگنون‌ها در مواد مغناطیسی، اثبات مفهومی را برای یک فناوری کوانتومی مقیاس‌پذیر نشان دادند. استفاده از آهنرباها، درهم تنیدگی بین کیوبیت‌ها با فواصل دورتر را امکان‌پذیر کرده و بر یک چالش بزرگ در محاسبات کوانتومی غلبه می‌کند. مگنون ها می توانند در فواصل طولانی تری منتشر شوند و امکان ادغام چند کیوبیت روی یک تراشه را فراهم کنند. برهمکنش انتخابی که توسط فرکانس‌های مختلف تسهیل می‌شود، کیوبیت‌ها را قادر می‌سازد بدون تداخل کیوبیت‌های همسایه درهم‌تنیده شوند. این تحقیق فرصت‌های جدیدی را برای ساخت فناوری‌های کوانتومی عملی و پیشبرد پردازش اطلاعات کوانتومی باز می‌کند.
توضیحات تکمیلی:
محققان آزمایشگاه ملی آرگون در وزارت انرژی ایالات متحده، دانشگاه شیکاگو، دانشگاه آیووا و دانشگاه توهوکو در ژاپن پیشرفت هایی در استفاده از آهنربا برای اتصال کیوبیت های فردی در رایانه های کوانتومی داشته اند. این مطالعه که در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است، اثبات مفهومی را برای یک فناوری کوانتومی مقیاس پذیر و قوی که از مواد معمولی استفاده می کند، نشان می دهد.
هدف محققان این بود که بر چالش اتصال مراکز خالی نیتروژن (NV) که نقص‌های الماسی هستند که به عنوان کیوبیت استفاده می‌شوند، با اعمال نفوذ بر تعامل بین مراکز NV و مگنون‌ها (magnon)- اختلالات موجی در اسپین‌های الکترون‌ها در داخل یک ماده مغناطیسی، غلبه کنند. با انتقال امواج مایکروویو بین مراکز NV از طریق مگنون، محققان توانستند به درهم تنیدگی دست یابند حتی زمانی که مراکز NV دورتر از محدوده معمولی برهمکنش کوانتومی مستقیم بودند.
استفاده از آهنربا برای اتصال کیوبیت ها چندین مزیت دارد. مگنون ها می توانند در فواصل بزرگتر منتشر شوند و امکان ادغام چند کیوبیت روی یک تراشه را فراهم کنند. علاوه بر این، برهمکنش انتخابی فعال شده توسط فرکانس‌های مختلف به کیوبیت‌ها اجازه می‌دهد بدون اینکه تحت تأثیر کیوبیت‌های دیگر در بین قرار گیرند، در هم تنیده شوند. این قابلیت برای محاسبات کوانتومی پیچیده بسیار مهم است.
نتایج تجربی با پیش‌بینی‌های نظری دو سال پیش مطابقت دارد و امکان استفاده از اتصال به کمک مگنون بین مراکز NV را تأیید می‌کند. موفقیت این مطالعه اعتماد به سیستم را فراهم می کند و زمینه را برای آزمایش های بیشتر برای ایجاد ارتباط کوانتومی بین دو مرکز NV با استفاده از آهنربا فراهم می کند.
رویکرد محققین گام مهمی در جهت پرداختن به چالش درهم‌تنیدگی قطعی روی تراشه برای سیستم‌های کیوبیت حالت جامد است. توانایی اتصال کیوبیت ها با استفاده از آهنربا، فرصت های جدیدی را برای ساخت فناوری های کوانتومی مقیاس پذیر ایجاد می کند و پایه و اساس توسعه معماری های کوانتومی ترکیبی را می گذارد. این تحقیق با استفاده از اتصال ذاتی بین مراکز NV و مگنون ها، راه را برای پیشرفت در پردازش اطلاعات کوانتومی و اسپینترونیک کوانتومی هموار می کند.
این یافته‌ها بینش‌های تجربی را در مورد تعامل با واسطه مگنون ارائه می‌کنند و ابزار ارزشمندی برای توصیف سیستم‌های کوانتومی ترکیبی ارائه می‌دهند. این کار به تلاش‌های مداوم برای مهندسی سیستم‌های حالت جامد درهم‌تنیده کمک می‌کند و ما را به تحقق فناوری‌های محاسبات کوانتومی عملی نزدیک‌تر می‌کند.
منبع
Masaya Fukami et al, Magnon-mediated qubit coupling determined via dissipation measurements, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2313754120
