خلاصه خبر:
محققان با مطالعه کیوبیت های الکترونی روی نئون جامد، پیشرفت های چشمگیری در محاسبات کوانتومی داشته اند. این کیوبیت‌ها که تک تک الکترون‌ها را روی سطح نئونی جامد به دام می‌اندازند، زمان‌های همدوسی را افزایش داده‌اند. این مطالعه نشان داد که برجستگی‌های سطحی کوچک روی نئون به طور طبیعی الکترون‌ها را به حالت‌های کوانتومی حلقه‌ای شکل متصل می‌کنند و برای کنترل دقیق با انرژی‌های فوتون مایکروویو همسو می‌شوند. این امکان انتقال کنترل شده بین حالت های کوانتومی را فراهم می کند. این کیوبیت‌ها به دلیل خنثی بودن و خلوص نئون جامد، عملکرد بهتری نسبت به کیوبیت‌های مبتنی بر نیمه‌رسانا و ابررسانای معمولی دارند، بارهای مخرب پس‌زمینه را کاهش می‌دهند و از مشکلات موجود در کیوبیت‌های الکترون روی هلیوم مایع جلوگیری می‌کنند. این تحقیق بینش‌های مهمی برای بهینه‌سازی این کیوبیت‌ها ارائه می‌کند و محاسبات کوانتومی را به کاربردهای عملی نزدیک‌تر می‌کند.
توضیحات تکمیلی:
کامپیوترهای کوانتومی که به دلیل توانایی خود در انجام محاسبات پیچیده با سرعت بالا شناخته می شوند، بر کیوبیت های پایدار متکی هستند. یک رویکرد امیدوارکننده کیوبیت شامل به دام انداختن یک الکترون منفرد بر روی یک سطح نئونی جامد است که به عنوان کیوبیت الکترون روی نئون جامد (electron-on-solid-neon) شناخته می‌شود. مطالعه اخیر به رهبری پروفسور Wei Guo از کالج مهندسی FAMU-FSU، که در Physical Review Letters منتشر شده است، به بررسی وضعیت کوانتومی الکترون‌ها روی چنین کیوبیت‌هایی می‌پردازد و بینش‌های ارزشمندی را برای تقویت این فناوری ارائه می‌کند.
تحقیقات Guo نشان می‌دهد که برجستگی‌های کوچک روی سطح جامد نئون به طور طبیعی الکترون‌ها را به هم متصل می‌کنند و حالت‌های کوانتومی حلقه‌ای شکل ایجاد می‌کنند. این حالات مربوط به سطوح انرژی خاصی است که با فوتون‌های مایکروویو همسو می‌شوند و امکان دستکاری دقیق برای محاسبات کوانتومی را فراهم می‌کنند. این هم ترازی، انتقال کنترل شده بین حالت های کوانتومی را تسهیل می کند و عملکرد کیوبیت را افزایش می دهد.
کیوبیت الکترون روی جامد نئون دارای زمان‌های همدوسی طولانی‌تری است که حالت برهم‌نهی را تا 0.1 میلی‌ثانیه حفظ می‌کند که به طور قابل‌توجهی طولانی‌تر از کیوبیت‌های مبتنی بر نیمه‌رسانا و ابررسانای معمولی است. این زمان همدوسی طولانی به دلیل خنثی بودن و خلوص نئون جامد نسبت داده می شود که بارهای الکتریکی مخرب پس زمینه را کاهش می دهد و به مسئله ارتعاشات سطح مایع موجود در کیوبیت های الکترون روی هلیوم مایع می پردازد.
بهینه سازی این کیوبیت ها شامل ایجاد سطوح نئونی صاف با برجستگی هایی با اندازه دقیق برای به دام انداختن الکترون ها است. کنترل دما و فشار تزریق نئون در طول ساخت برای تولید کیوبیت های با کیفیت بسیار مهم است. تیم Guo بر اهمیت درک چگونگی تأثیر شرایط مختلف بر تولید کیوبیت نئون برای نزدیک‌تر شدن به محاسبات کوانتومی عملی تأکید می‌کند.
این تحقیق نه تنها مشاهدات تجربی گیج‌کننده را روشن می‌کند، بلکه بینش‌های استراتژیکی را برای به حداقل رساندن نویز بار و مقیاس‌بندی سیستم‌های کیوبیت الکترون روی نئون جامد، و پیشرفت معماری‌های محاسباتی کوانتومی ارائه می‌دهد.
منبع
Toshiaki Kanai et al, Single-Electron Qubits Based on Quantum Ring States on Solid Neon Surface, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.250603
