تبدیل معجزه‌آسای عناصر معمولی به مواد کوانتومی

غزال زیاری: مطالعه اخیر انجام شده توسط دانشمندان دانشگاه‌های کالیفرنیا، ایرواین و آزمایشگاه ملی لوس‌آلاموس که نتیجه آن در مجله Nature communications منتشر شده، از روشی نوآورانه خبر می‌دهد که با استفاده از آن می‌توان مواد روزمره مثل شیشه را به موادی تبدیل کرد که دانشمندان می‌توانند از آنها در ساخت کامپیوترهای کوانتومی بهره ببرند.

لوئیز آ. ژورگی ، استاد فیزیک و نجوم در دانشگاه UCI و نویسنده اصلی این مقاله در این باره گفت:« موادی که ما ساختیم، موادی هستند که به دلیل شکل یا ساختارهای اتمی خاصشان، خواص الکتریکی یا کوانتومی منحصر به فردی را از خود به نمایش می‌گذارند. تصور کنید که اگر بتوانیم شیشه را که معمولا یک ماده عایق است، به یک ماده رسانا مثل مس تبدیل کنیم، چه کار بزرگی انجام داده‌ایم!»

ماده رسانای کامپیوترهای معمولی

در کامپیوترهای معمولی از سیلیکون به عنوان ماده رسانا استفاده می‌شود. اما سیلیکون محدودیت‌هایی دارد. رایانه‌های کوانتومی به دور زدن این محدودیت ها کمک می‌کنند و روش‌هایی مانند آنچه در مطالعه جدید توضیح داده شده، به رایانه‌های کوانتومی کمک می‌کنند تا تبدیل به یک واقعیت روزمره شوند.

ژورگی در این باره گفته:« این آزمایش براساس قابلیت‌های منحصر به فردی است که ما در دانشگاه UCI برای رشد مواد کوانتومی با کیفیت بالا داریم. چطور می‌توان این مواد که رسانای ضعیفی هستند را تبدیل به رساناهای خوب کنیم؟» او که یکی از اعضای موسسه کوانتومی Uddleman UCI نیز هست ادامه داد:« به همین خاطر است که ما این مقاله را آماده کردیم. ما در حال به کارگیری تکنیک‌های جدیدی برای این مواد هستیم و آنها را به مواد رسانای خوبی تبدیل کرده‌ایم.»

نحوه تبدیل مواد به موادی رسانا

طبق توضیح ژورگی، کلید این کار در اعمال نوع مناسبی از کرنش برای مواد در مقیاس اتمی است. برای انجام این کار، اعضای این تیم دستگاه ویژه‌ای را به نام “ایستگاه خمشی” در کارگاه ماشین‌آلات دانشکده علوم فیزیکی UCI طراحی کردندکه این امکان را برایشان فراهم می کند تا با به کارگیری فشار و کشش زیاد، برای تغییر ساختار اتمی ماده‌ای به نام پنتاتلورید هافنیوم از یک ماده بی‌اهمیت استفاده کرده و ماده‌ای مناسب برای کامپیوترهای کوانتومی تولید کنند.

او در این رابطه توضیح داد:« برای ساخت چنین موادی به این نیاز داریم تا سوراخ‌هایی را در ساختار اتمی ایجاد کنیم و کرنش به ما اجازه انجام این کار را می‌دهد.»

جینیو لیو که اولین نویسنده این مقاله و محقق فوق دکتراست که با ژورگی همکاری می‌کند در این باره گفت:« شما همچنین می‌توانید با کنترل میزان کرنش، تغییرات در ساختار اتمی را روشن و خاموش کنید؛ اگر بخواهید در آینده یک کلید روشن و خاموش برای مواد در رایانه‌های کوانتومی ایجاد کنید، این روش برایتان مفید و کاربردی خواهد بود.»

روکیان وو، یکی از نویسندگان این مقاله و استاد فیزیک و دانشیار مرکز UCIدر این باره گفت:« از روشی که شبیه‌سازی‌های نظری بینش‌های عمیقی را درباره مشاهدات تجربی ارائه می‌دهند، رضایت دارم. این کشف روش‌هایی برای کنترل حالت‌های کوانتومی مواد جدید را تسریع می‌کند. این تاکیدی است بر موفقیت تلاش‌های مشترک که شامل تخصص‌های متنوع در تحقیقات مرزی است.»

مایکل پتس، یکی دیگر از نویسندگان مقاله و دانشمند مرکز فناوری‌های یکپارچه نانو در آزمایشگاه ملی لوس‌آلاموس در این باره گفت:« من واقعا هیجان زده‌ام که تیم ما توانسته نشان دهد که می‌توان حالت‌های مواد گریزان و مورد جستجو را ساخت. این برای توسعه دستگاه‌های کوانتومی امیدوارکننده است. روشی که ما به نمایش گذاشتیم، برای آزمایش بر روی سایر مواد کوانتومی نیز سازگار است.»

در حال حاضر، کامپیوترهای کوانتومی تنها در مکان‌های محدودی مثل دفاتر شرکت‌هایی مثل IBM، Google و Rigetti مورد استفاده قرار می‌گیرند. ژورگی در این باره گفته: « گوگل، IBM و بسیاری از شرکت‌های دیگر به دنبال کامپیوترهای کوانتومی موثر هستند تا در کار و زندگی روزمره از آن استفاده کنند. امیدواریم که این تحقیقات جدید به ما کمک کند تا بتوانیم وعده کامپیوترهای کوانتومی را به واقعیت تبدیل کنیم.»

منبع: scitechdaily

۵۸۵۸