أظهر فريق دولي من العلماء من روسيا والمملكة المتحدة وألمانيا تصميمًا بديلاً للكيوبت يمكن استخدامه لبناء كمبيوتر كمومي. العنصر الرئيسي في هذا التصميم هو الأسلاك النانوية فائقة التوصيل. بالفعل في التجارب الأولى ، أثبتت كيوبت فائقة التوصيل الجديدة أنها ليست أسوأ من الكيوبتات التقليدية المبنية على تقاطعات جوزيفسون.
مخطط ورسم كيوبت جديد تمكنت تعاونات العلماء من مركز Quantum الروسي و NUST MISiS (روسيا) ، وجامعة لندن والمختبر الفيزيائي الوطني في Teddington (بريطانيا العظمى) ، وجامعة كارلسروه ومعهد تقنيات الفوتون (ألمانيا) ، وكذلك معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا و Skoltech (روسيا) على إنشاء كيوبت جديد بشكل أساسي لا يعتمد على تقاطع جوزيفسون ، وهو انقطاع في موصل فائق ، ولكن على سلك نانو فائق التوصيل مستمر.
نشر الباحثون في فيزياء الطبيعة.
يتوقع العلماء إنجازات كبيرة لجهاز كمبيوتر الكم. يسمح مبدأ الحسابات المنصوص عليها في أساسه حتى الآن بحل مشاكل معقدة للغاية. على الرغم من أن الكمبيوتر الكمي العالمي نفسه لم يتم إنشاؤه بعد ، إلا أنه يمكن للباحثين بالفعل محاكاة المركبات والمواد الكيميائية بالكيلوبتات. لذلك ، تعمل العديد من المجموعات العلمية على تحسين عناصر الكمبيوتر الكمومي. ولا يزال العمل الشاق على وجه الخصوص جارياً لدراسة وتحسين خلية الحوسبة الرئيسية للكمبيوتر الكمومي - كيوبت.
هناك عدة طرق لإنشاء الكوبتات. على سبيل المثال ، تم إنشاء الكوبتات العاملة في النطاق البصري. ومع ذلك ، من الصعب قياسها ، على عكس الكيبتات على الموصلات الفائقة التي تعمل في نطاق الراديو وعلى أساس ما يسمى تقاطعات جوزيفسون. كل تحول من هذا القبيل هو تمزق في موصل فائق ، أو بالأحرى ، طبقة عازلة يتم من خلالها نفق الإلكترونات.
يعتمد الكيوبت الجديد على تأثير انزلاق الطور الكمومي - التدمير الدوري المتحكم به واستعادة الموصلية الفائقة في سلك نانو فائق السُمك (حوالي 4 نانومتر) ، والذي في الحالة العادية يتمتع بمقاومة عالية إلى حد ما. وللمرة الأولى ، تمت ملاحظة هذا التأثير ، الذي تم توقعه نظريًا ، تجريبيًا من قبل رئيس هذا العمل ، أوليغ أستافيف ، وهو الآن رئيس مختبر أنظمة الكم الاصطناعي في MIPT في روسيا وهو أستاذ في جامعة لندن والمختبر الوطني للفيزياء في تدينغتون في المملكة المتحدة. نُشرت أعماله الرائدة في مجلة Nature في عام 2012.
البروفيسور أليكسي أوستينوفوفقًا لأحد مؤلفي العمل الجديد ، أليكسي أوستينوف ، الذي يقود مجموعة RCC في روسيا ويدير مختبر المواد الفائقة الموصلية في NITU MISiS ، وهو أستاذ في معهد كارلسروه للتكنولوجيا في ألمانيا ، نجح الآن في إنشاء نوع جديد من الأجهزة فائقة التوصيل ، يشبه إلى حد كبير SQUID (SQUID ، جهاز التداخل الكمومي فائق التوصيل - "مقياس التداخل الكمومي فائق التوصيل" ، مقياس مغناطيسي فائق الحساسية يعتمد على تقاطعات جوزيفسون). فقط بدلاً من المجال المغناطيسي ، يحدث التداخل في جهاز جديد بسبب مجال كهربائي يغير الشحنة الكهربائية في جزيرة بين سلكين نانو. تلعب هذه الأسلاك دور تقاطعات جوزيفسون في الجهاز ، في حين أنها لا تتطلب إنشاء فجوات ويمكن أن تتكون من طبقة واحدة من الموصل الفائق. كما لاحظ أليكسي أوستينوف ، تمكنا في هذا العمل من إظهار أن هذا النظام يمكن أن يعمل كمقياس تداخل الشحنة. "إذا قسمت السلك إلى قسمين ، وقم بعمل سماكة في المنتصف ، ثم قم بتغيير الشحنة على السماكة بواسطة الغالق ، يمكنك ، في الواقع ، تعديل عملية النفق الكمومي للكميات المغناطيسية من خلال السلك ، والتي تتم ملاحظتها في هذا العمل." هذه نقطة رئيسية تثبت أن التأثير يمكن التحكم فيه ومتماسك ، وأنه يمكن استخدامه لإنشاء جيل جديد من وحدات البت.
لقد وجدت تقنيات SQUID بالفعل تطبيقها في عدد من أجهزة المسح الطبي ، مثل أجهزة تخطيط القلب ومخططات الدماغ المغناطيسية ، في الأجهزة التي تلتقط الرنين المغناطيسي النووي ، وكذلك في الأساليب الجيوفيزيائية والحفرية لاستكشاف الصخور. لذلك ، من الممكن أن تتسبب الحبار المزدوج الشحنة في حدوث تغييرات خطيرة ليس فقط في عالم أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
وفقا للأستاذ أوستينوف ، لا يزال العلماء يواجهون العديد من المهام الأساسية المتعلقة بدراسة عمل كيوبت جديد. ومع ذلك ، من الواضح الآن أننا نتحدث عن الكوبت التي لا تقل وظائفها (وربما أكثر) ، ولكن تصنيعها أسهل بكثير. "إن المكائد الرئيسية الآن هي ما إذا كان من الممكن البناء على هذا المبدأ مجموعة كاملة من عناصر الإلكترونيات فائقة التوصيل. - لاحظ البروفيسور أوستينوف. - الجهاز الذي استلمناه ، من حيث المبدأ ، هو مقياس كهربائي ويقيس الشحنة المستحثة في جزيرة الموصل الفائق مع خطأ أصغر آلاف المرات من شحنة الإلكترون. يمكننا التحكم فيه بأعلى دقة ، حيث أن هذه الشحنة ليست محددة بل مستحثة. "
"ندرس الآن الكوبتات حول مبدأ الانزلاق الطوري في مجموعتي في كارلسروه ، وأوقات التماسك التي نحصل عليها عالية بشكل مدهش. - يقول البروفيسور أوستينوف. - حتى الآن هم ليسوا أكبر بكثير مما هو عليه في الكوبيات العادية ، لكننا بدأنا للتو العمل ، وهناك فرصة أن تكون كبيرة. على سبيل المثال ، لا يزال هناك موضوع مهم للعيوب في الكوبتات - حيث حصلنا مؤخرًا على منحة من Google - تنشأ هذه العيوب في العازل الكهربائي ، في حاجز نفق تقاطع جوزيفسون. العيوب متحمسة بسبب حقيقة أنه في هذه المنطقة توجد حقول كهربائية كبيرة ، عمليا كل قطرات الجهد على مقياس 2 نانومتر. إذا تخيلنا أن نفس الهبوط يحدث في سلك متجانس ، ومن غير المعروف أين ، في "ضبابية" موحدة في جميع أنحاء الموصل الفائق ، فإن الحقول التي ستنشأ هنا تكون أصغر بكثير. هذا يعني أن العيوب الموجودة في مادة الكيوبت ، على الأرجح ، لن تظهر هنا. وهذا يعني أنه يمكننا الحصول على الكوبتات بوقت تماسك أعلى ، مما سيساعد على التعامل مع واحدة من المشاكل الرئيسية للكيوبتات - ليس وقتًا طويلاً جدًا من "الحياة" الكمومية.