دانشمندان ژاپنی اولین کیوبیت شار ابررسانا در جهان را ساختند

دانشمندان ژاپنی اولین کیوبیت شار ابررسانا در جهان را که در میدان مغناطیسی صفر کار می‌کند، ساخته‌اند.

به گزارش سرویس اخبار فناوری رسانه تکنولوژی تکنا، کیوبیت‌های شار ابررسانای معمولی به میدان‌های مغناطیسی خارجی از سیم‌پیچ‌های بزرگ یا خطوط شار نیاز دارند. کیوبیت جدید که از یک اتصال جوزفسون فرومغناطیس (π-junction) استفاده می‌کند، بدون میدان مغناطیسی کار می‌کند. تیمی به رهبری محققان موسسه ملی فناوری اطلاعات و ارتباطات (NICT) ژاپن و دانشگاه توهوکو ادعا می‌کنند که کیوبیت π-junction جدید طولانی‌ترین زمان انسجام را در بین نوع خود دارد و بهبودهای آتی می‌تواند آن را به عنصری کلیدی برای رایانه‌های کوانتومی با عملکرد بالا تبدیل کند.

این تیم در خلاصه مقاله خود گفتند: «نتایج ما راه را برای توسعه دستگاه‌های کوانتومی همخوان، از جمله کیوبیت‌ها و حسگرها، هموار می‌کند که از برهمکنش بین فرومغناطیس و ابررسانایی استفاده می‌کنند. انتظار می‌رود رایانه‌های کوانتومی نقش کلیدی در فناوری‌های آینده داشته باشند و از زمینه‌هایی مانند علم مواد، داروسازی و امنیت اطلاعات بهره‌مند شوند. کیوبیت‌های ابررسانا به دلیل کنترل آسان‌تر حالات کوانتومی برجسته هستند. بخش مهمی از این کیوبیت‌ها اتصال جوزفسون است که به کنترل عملیات کیوبیت کمک می‌کند.

به دلیل ناهماهنگی پایین، کیوبیت‌های ترانسمون – که اغلب در رایانه‌های کوانتومی مدرن دیده می‌شوند – می‌توانند هنگام افزودن تعداد زیادی کیوبیت به مشکلاتی مانند تداخل فرکانسی منجر شوند. کیوبیت‌های شار که از سه اتصال جوزفسون استفاده می‌کنند و ناهماهنگی بالاتری دارند، می‌توانند این مشکل را کاهش دهند. با این حال، مقیاس‌گذاری کیوبیت‌های شار دشوار است زیرا آنها به سیم‌پیچ‌های خارجی برای رساندن شار مغناطیسی به مدار نیاز دارند که می‌تواند منجر به مشکلاتی مانند نویز و نیاز به خطوط کنترل اضافی شود.

برای مقابله با این مشکل، محققان دانشگاه توهوکو از یک اتصال جوزفسون فرومغناطیس برای ایجاد یک π-junction استفاده کردند. این π-junction بدون نیاز به نیروهای مغناطیسی خارجی، یک تغییر فاز 180 درجه ایجاد می‌کند و به کیوبیت اجازه می‌دهد تا به طور مستقل در بهترین حالت خود عمل کند. به گفته این تیم، این نوآوری باعث کاهش نویز، ساده‌سازی مدار و آسان‌تر کردن ادغام کیوبیت می‌شود. در این مطالعه، محققان فناوری کیوبیت ابررسانای نیترید NICT را که مبتنی بر نیترید نیوبیم (NbN) رشد یافته روی سیلیس است، با دستگاه‌های جوزفسون فرومغناطیس برای ایجاد یک کیوبیت شار با یک π-junction ترکیب کردند.

این تیم ادعا می‌کند که کیوبیت بدون میدان مغناطیسی خارجی به طور بهینه عمل می‌کند و خواص انسجام آن با موفقیت نشان داده شده است. بر خلاف مطالعات قبلی که به عملکرد کوانتومی همخوان با یک کیوبیت شار دست نیافتند، این کیوبیت جدید پیشرفت قابل توجهی را نشان داد. دانشمندان با استفاده از ماده‌ای پایدار به نام PdNi برای ایجاد π-junction، آزمایش‌های قبلی که از CuNi استفاده می‌کردند را بهبود بخشیدند. برای اندازه‌گیری کیوبیت که با استفاده از رویه‌های طراحی پیشرفته ساخته شده بود، از دستگاهی استفاده شد که نقطه کار ایده‌آل را در میدان‌های مغناطیسی صفر تأیید می‌کرد. زمان انسجام آن ۱.۴۵ میکروثانیه بود که ۳۶۰ برابر بهتر از کیوبیت‌های فاز قبلی است.

با توجه به گفته‌ی محققان، در حالی که زمان انسجام هنوز کوتاه‌تر از کیوبیت‌های شار معمولی بدون π-junction است، این پیشرفت گام مهمی به سمت ساده‌سازی و ادغام مدارهای کوانتومی است. این امر می‌تواند با حذف نیاز به میدان‌های مغناطیسی خارجی منجر به فناوری‌های کوانتومی کم‌مصرف‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر شود.

منبع خبر دانشمندان ژاپنی اولین کیوبیت شار ابررسانا در جهان را ساختند پایگاه خبری تکنا به آدرس تکنا میباشد.