اخبار کوانتومی – دانشمندان به طور مستقیم وجود یک حالت تاریک با اسپین هسته ای را اثبات میکنند

Quantum Atlas
اخبار, اخبار جهان

عنوان خبر: دانشمندان به طور مستقیم وجود یک حالت تاریک با اسپین هسته ای را اثبات میکنند
ژانر/موضوع: فیزیک کوانتومی، نقاط کوانتومی

تاریخ انتشار خبر: 12 فوریه 2025
لینک خبر: rochester.ed u

چکیده:

محققان دانشگاه روچستر به رهبری جان نیکول وجود یک حالت کوانتومی به نام “nuclear-spin dark state” را تایید کرده اند، پیشرفتی که به حفظ پایداری در کامپیوترهای کوانتومی کمک میکند. سیستم های کوانتومی به نویز محیطی بسیار حساس هستند که اسپین های الکترون را مختل کرده و باعث خطا میشود. حالت تاریک اسپین هسته ای، اسپین های الکترون را با همگام سازی اسپین های هسته های اتمی تثبیت کرده و از تداخل جلوگیری می کند. با استفاده از قطبش هسته ای پویا، تیم این حالت را در نقاط کوانتومی مبتنی بر سیلیکون ایجاد کرد، جایی که اسپین های الکترون اطلاعات را ذخیره میکنند. این کشف به طور قابل توجهی کوپلینگ بین الکترون و اسپین های هسته ای را کاهش داه و باعث بهبود پایداری و عملکرد میشود. این پیشرفت دارای کاربردهای بالقوه ای در حافظه و حسگری کوانتومی است که محاسبات کوانتومی دقیق تر و ذخیره اطلاعات طولانی تر را امکان پذیر میکند.

شرح کامل خبر:

محققان دانشگاه روچستر به رهبری پروفسور جان نیکول به کشفی پیشگامانه دست یافته اند که می تواند به طور قابل توجهی پایداری و قابلیت اطمینان رایانه های کوانتومی را افزایش دهد. این تیم به طور مستقیم وجود یک حالت کوانتومی به نام “حالت تاریک اسپین هسته ای” یا همان “nuclear-spin dark state” را تایید کرده است. این کشف که در Nature Physics منتشر شده است، به یک چالش بزرگ در محاسبات کوانتومی می پردازد: بی ثباتی. سیستم‌های کوانتومی نسبت به نویز محیط خود بسیار حساس هستند، که می‌تواند به راحتی حالت‌های کوانتومی را مختل کند و منجر به خطا و محدود کردن کارایی آنها شود. این ناپایداری مدتهاست که مانعی بر سر راه توسعه فناوری‌های کوانتومی عملی و قابل اعتماد بوده است.

حالت تاریک اسپین هسته ای با تثبیت اسپین های الکترون به کاهش این ناپایداری کمک می کند. در رایانه های کوانتومی، اطلاعات اغلب در حالت اسپین الکترون ها ذخیره می شود. با این حال، هسته‌های اتم‌های اطراف نیز دارای اسپین‌های خاص خود هستند که می‌توانند با اسپین‌های الکترون تداخل داشته باشند و باعث ناهمدوسی و خطا در محاسبات شوند. حالت تاریک اسپین هسته ای، اساساً هسته های اتم را از اسپین های الکترون “پنهان” می کند و این تداخل را کاهش می دهد. این امر با همگام سازی اسپین های هسته های اتمی به گونه ای حاصل می شود که دیگر اسپین الکترون را مختل نکنند و از حالت های کوانتومی پایدارتر اطمینان حاصل شود.

این تیم از تکنیکی به نام قطبش هسته‌ای دینامیکی (dynamic nuclear polarization) برای تراز کردن اسپین‌های هسته‌ای در نقاط کوانتومی مبتنی بر سیلیکون استفاده کردند – ذرات نیمه‌رسانای کوچکی که تک تک الکترون‌ها را به دام می‌اندازند. این به آنها اجازه داد تا شرایط لازم برای شکل گیری حالت تاریک اسپین هسته ای را ایجاد کنند. نتایج نشان داد که، هنگامی که این حالت به دست آمد، جفت شدن یا کوپلینگ بین اسپین های الکترون و هسته به سرعت کاهش یافت و relaxation rate بین حالت های اسپین مختلف الکترون را کاهش داد که عاملی کلیدی در حفظ ثبات است.

این کشف پیامدهای مهمی برای فناوری‌های کوانتومی از جمله حافظه کوانتومی و سنجش کوانتومی دارد. با کاهش نویز و افزایش پایداری، می‌تواند به محاسبات کوانتومی دقیق‌تر و زمان‌های ذخیره‌سازی طولانی‌تر اطلاعات کوانتومی منجر شود. این واقعیت که حالت تاریک اسپین هسته‌ای در سیلیکون کشف شد، ماده‌ای که قبلاً به طور گسترده در فناوری امروزی استفاده می‌شود، نشان می‌دهد که در نهایت می‌توان آن را در دستگاه‌های کوانتومی آینده ادغام کرد و راه را برای سیستم‌های محاسباتی کوانتومی پیشرفته‌تر هموار کرد.

منابع:

[1] https://www.rochester.edu/newscenter/nuclear-spin-dark-state-quantum-technologies-639772/

[2] https://www.nature.com/articles/s41567-024-02773-w

دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.