ساخت اتم‌های مصنوعی برای تامین نیروی فناوری کوانتوم

دانشمندان یک نوع جدید از اتم مصنوعی یا نقاط کوانتومی ایجاد کرده‌اند که در دمای اتاق پایدار است و فرصت‌های جدیدی را در ارتباطات کوانتومی امن ایجاد می‌کند.

به گزارش آردی نیوز و به نقل از ساینس دیلی، دانشمندان دانشگاه اورگان(UO) با استفاده از گرافن سفید موفق به ساخت نوع جدیدی از اتم‌های مصنوعی شدند که در دمای اتاق فعالیت می‌کند و توانایی تأمین نیروی فناوری پیچیده کوانتومی را دارد.

دانشمندان در یک مقاله جدید که در مجله Nano Letter منتشر شده است نشان دادند که چگونه از گرافن سفید برای ایجاد اتم‌های مصنوعی که در دمای اتاق پایدار باقی بمانند، استفاده کرده‌اند و راه جدیدی را برای کشف ارتباطات کوانتومی امن و محاسبات کوانتومی نوری باز کرده‌اند.

“بنجامین آلِمان” فیزیکدان و عضو مؤسسه علوم مواد دانشگاه اورگان و سرپرست این مطالعه گفت: پیشرفت بزرگ ما این است که ما یک روش ساده و مقیاس‌پذیر برای اتم‌های مصنوعی بر روی یک میکروتراشه کشف کرده‌ایم و این که اتم‌های مصنوعی ما در دمای اتاق کار می‌کنند.

“جاشوا زیگلر” دانشجوی دکترا در آزمایشگاه “آلِمان” و یکی از محققان این پروژه یک ورق دو بعدی از بور-نیترید شش ضلعی را که به دلیل شباهت رنگ و ضخامتش به گرافن به نام “گرافن سفید” شناخته می‌شود را به خدمت گرفت و با پرتوی متمرکز یونی سوراخ‌هایی به قطر ۵۰۰ نانومتر و عمق تنها ۴ نانومتر بر روی آن ایجاد کرد.

هنگامی که زیگلر این مورق را با استفاده از میکروسکوپ نوری متمرکز بررسی کرد، نقاط یا لکه‌های کوچکی از نور را دید که از سوراخ‌ها بیرون می‌آمد. وی با تحلیل این نقاط با تکنیک‌های ویژه برای شمارش فوتون‌ها متوجه شد که این نقاط نوری هر بار تنها یک فوتون را عبور می‌دهند که این کمترین میزان ممکن است.

این لکه‌های نوری خود اتم‌های مصنوعی هستند و مانند انتشار فوتون به صورت تکی اشتراکات بسیاری با خواص اتم‌ها در دنیای واقعی دارند.

“آلِمان” گفت: کار ما یک منبع از فوتون‌های تکی را فراهم می‌کند که می‌تواند به عنوان حامل اطلاعات کوانتومی و یا به عنوان کیوبیت (qubit) عمل کند. ما از این منابع الگوبرداری کرده‌ایم و می‌توانیم هر چقدر از آنها را که می‌خواهیم بسازیم.

وی افزود: ما می‌خواهیم این منتشر کننده‌های فوتون‌های تکی را به یک مدار یا شبکه روی یک میکروتراشه بیاوریم تا بتوانند با همدیگر و یا با دیگر کیوبیت‌های موجود ارتباط برقرار کنند.

نقاط کوانتومی(Quantom dot) نیمه‌رساناهایی هستند که امروزه استفاده‌های گوناگونی در صنعت و پزشکی دارند. در صنعت از نقاط کوانتومی برای ساخت لامپ‌های ال‌ای‌دی، باتری‌های خورشیدی و… استفاده می‌گردد. در پزشکی نیز از آنها برای طراحی و ساخت نانوبیوسنسورهای بسیار حساس و با پایداری نوری بالاتر نسبت به رنگ‌ریزه‌هایمرسوم استفاده می‌شود.

نقاط کوانتومی دارای خواص منحصر به فردی مانند پایداری نوری بالاتر نسبت به فلورفورهای مرسوم، طول موج طیف تحریکی و نشری باریک و مجزا از هم، کوچک بودن (۲ تا ۸ نانومتر) و درخشان‌تر بودن هستند.

اما یک کیوبیت یا بیت کوانتومی در پردازش کوانتومی واحد پایه‌ای پردازش کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی بوده و مشابه بیت در رایانه‌های کلاسیک و کوچک‌ترین واحد ذخیره اطلاعات و معیاری از مقدار اطلاعات کوانتومی است.

کیوبیت از نظر فیزیکی یک سامانه کوانتومی دو حالتی است، یعنی سیستمی که توسط مکانیک کوانتومی به درستی قابل توصیف است و هنگام اندازه‌گیری یکی از دو حالت ممکن خود را اختیار می‌کند. مانند قطبش یک فوتون که در اینجا، جهتِ قطبشِ عمودی و جهتِ قطبشِ افقی دو حالت ممکن برای سامانه هستند.

در یک سامانه کلاسیک، هر بیت در هر لحظه یا در حالت صفر یا در حالت یک است، اما اصل‌های مکانیک کوانتومی به کیوبیت اجازه می‌دهند که در همان حال، حالتی را برابر با برهم نهی دو حالت اصلی نیز اختیار کند که یک ویژگی بنیادی در پردازش کوانتومی است.

به عبارتی یک کیوبیت هم ممکن است در حالت‌های کلاسیک صفر و یک وجود داشته باشد و هم می‌تواند در حالت ترکیب این دو قرار گیرد. یعنی همزمان دارای هر دو حالت صفر و یک باشد. در واقع همین پدیده، تفاوت اصلی بین بیت‌های کلاسیک و کیوبیت‌هاست. انتقال کیوبیت‌ها بنیان دانش کوانتومی است. /ایسنا