الماس های معیوب می توانند داده های کوانتومی را ذخیره کنند

دانشمندان روش جدیدی را برای دستکاری اتم‌های درون کریستال‌های الماس ایجاد کرده‌اند به طوری که آنها اطلاعات را به اندازه کافی ذخیره می‌کنند تا به عنوان حافظه کوانتومی عمل کنند، که اطلاعات را نه مانند 0s و ۱s که توسط رایانه‌های معمولی خرد می‌شود، رمزگذاری می‌کند. در حالت هایی که هم زمان ۰ و ۱ هستند.

Wired گزارش داد که فیزیکدانان از چنین داده های کوانتومی برای ارسال ایمن اطلاعات استفاده می کنند و امیدوارند که در نهایت کامپیوترهای کوانتومی بسازند که قادر به حل مشکلات فراتر از دسترس فناوری امروزی باشند.

برای کسانی که این حافظه کوانتومی را توسعه می دهند، الماس های عالی از Tiffany & Co یا هری وینستون نمی آیند. ناخالصی ها کلید این فناوری هستند.

دیوید آوشالوم از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، گفت: «به اندازه کافی عجیب، کمال ممکن است راه حلی نباشد. “ما می خواهیم نقص ایجاد کنیم.”

یکی از رایج ترین عیوب الماس نیتروژن است که سنگ را زرد می کند. هنگامی که یک اتم نیتروژن در کنار یک نقطه خالی در کریستال کربن قرار می گیرد، عنصر نفوذی یک الکترون اضافی ایجاد می کند که به داخل سوراخ حرکت می کند. چندین سال پیش، دانشمندان یاد گرفتند که چگونه اسپین الکترون‌هایی را با استفاده از انرژی مایکروویو تغییر دهند و آنها را به‌عنوان بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها به کار ببرند.

در جستجوی راهی پایدارتر برای ذخیره اطلاعات کوانتومی، Awschalom اکنون متوجه شده است که چگونه اسپین یک الکترون را به اسپین هسته نیتروژن مجاور مرتبط کند. این انتقال، که توسط میدان‌های مغناطیسی ایجاد می‌شود، سریع است – حدود ۱۰۰ نانوثانیه، که با مدت زمانی که طول می‌کشد تا اطلاعات روی یک حافظه رم ذخیره شود، قابل مقایسه است.

آوشالوم در ۲۲ مارس در دالاس در نشست انجمن فیزیک آمریکا گفت: این تکنیک “وفاداری ۸۵ تا ۹۵٪” دارد.

برخلاف برخی دیگر از سیستم‌های کوانتومی در حال توسعه، که به دمای نزدیک به صفر مطلق نیاز دارند، این حافظه الماس در دمای اتاق کار می‌کند. چرخش های داخل الماس را می توان با تابش نور لیزر به الماس تغییر داد و اندازه گیری کرد.

این می تواند الماس را به ماده ای جذاب برای دانشمندانی تبدیل کند که در حال توسعه سیستم های نانوفوتونیکی هستند که برای حرکت و ذخیره اطلاعات در بسته های نور طراحی شده اند.

برخلاف خود الماس، این حافظه کوانتومی همیشه ماندگار نیست. اما بر اساس استانداردهای کوانتومی برای مدت بسیار طولانی دوام می آورد. چرخش هسته‌ای برای بیش از یک میلی‌ثانیه منسجم باقی می‌ماند، با پتانسیل بهبود تا چند ثانیه.

سباستین لوث، فیزیکدان مرکز تحقیقاتی آلمادن آی‌بی‌ام در سن خوزه کالیفرنیا، می‌گوید: «شما فقط تا زمانی می‌توانید جادوی کوانتومی خود را انجام دهید که انسجام داشته باشید. ”

علاوه بر پایداری، الماس‌ها ممکن است بر مانع دیگری نیز غلبه کنند که محاسبات کوانتومی با آن مواجه شده است – می‌توان آن را تا اندازه‌های بزرگ‌تر تغییر داد.

در مقاله‌ای که سال گذشته در Nano Letters منتشر شد، Awschalom تکنیکی را برای ایجاد الگوهای قابل تنظیم از اتم‌های نیتروژن در داخل الماس با استفاده از لیزر برای کاشت هزاران اتم در یک شبکه توسعه داد.

حافظه کوانتومی الماسی Awschalom می‌تواند برای ساخت شبکه‌های کوانتومی بزرگ نیز مفید باشد.

در حال حاضر، اطلاعات کوانتومی با اتصال یا درهم‌تنیدگی کیوبیت‌ها منتقل می‌شود. این طرح به مسافت کیلومتر محدود شده است.

تکرارکننده‌های کوانتومی به طور بالقوه می‌توانند از تراشه‌های کوچک الماس برای گرفتن، ذخیره و ارسال مجدد این اطلاعات برای گسترش برد استفاده کنند و شبکه‌های کوانتومی را قادر می‌سازند در فواصل بسیار طولانی‌تری کار کنند.