دانشمندان ژاپنی اولین کیوبیت شار ابررسانا در جهان را ساختند_رنگو

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

به نقل از سرویس اخبار فناوری رسانه تکنولوژی تکنا، کیوبیت‌های شار ابررسانای معمولی به میدان‌های مغناطیسی خارجی از سیم‌پیچ‌های بزرگ یا خطوط شار نیاز دارند. کیوبیت تازه که از یک اتصال جوزفسون فرومغناطیس (π-junction) منفعت گیری 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 تازه طویل‌ترین زمان انسجام را در بین نوع خود دارد و بهبودهای آتی می‌تواند آن را به عنصری کلیدی برای رایانه‌های کوانتومی با کارکرد بالا تبدیل کند.

این تیم در خلاصه مقاله خود انها گفتند: «نتایج ما راه را برای گسترش دستگاه‌های کوانتومی همخوان، از جمله کیوبیت‌ها و حسگرها، هموار می‌کند که از برهمکنش بین فرومغناطیس و ابررسانایی منفعت گیری می‌کنند. انتظار می‌رود رایانه‌های کوانتومی نقش کلیدی در فناوری‌های آینده داشته باشند و از عرصه‌هایی همانند علم مواد، داروسازی و امنیت اطلاعات منفعت‌مند شوند. کیوبیت‌های ابررسانا به علت کنترل آسان‌تر حالات کوانتومی برجسته می باشند. قسمت مهمی از این کیوبیت‌ها اتصال جوزفسون است که به کنترل عملیات کیوبیت پشتیبانی می‌کند.

به علت ناهماهنگی پایین، کیوبیت‌های ترانسمون – که زیاد تر در رایانه‌های کوانتومی مدرن دیده خواهد شد – می‌توانند زمان افزودن تعداد بسیاری کیوبیت به مشکلاتی همانند تداخل فرکانسی منجر شوند. کیوبیت‌های شار که از سه اتصال جوزفسون منفعت گیری می‌کنند و ناهماهنگی بالاتری دارند، می‌توانند این مشکل را افت دهند. با این حال، مقیاس‌گذاری کیوبیت‌های شار دشوار است چون آنها به سیم‌پیچ‌های خارجی برای رساندن شار مغناطیسی به مدار نیاز دارند که می‌تواند تبدیل مشکلاتی همانند نویز و نیاز به خطوط کنترل اضافی بشود.

برای مقابله با این مشکل، محققان دانشگاه توهوکو از یک اتصال جوزفسون فرومغناطیس برای تشکیل یک π-junction منفعت گیری کردند. این π-junction بدون نیاز به نیروهای مغناطیسی خارجی، یک تحول فاز ۱۸۰ درجه تشکیل می‌کند و به کیوبیت اجازه می‌دهد تا به طور جدا گانه در بهترین حالت خود عمل کند. به حرف های این تیم، این نوآوری علتکاهش نویز، ساده‌سازی مدار و آسان‌تر کردن ادغام کیوبیت می‌بشود. 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 تشکیل 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 پیروزی نشان داده شده است. بر خلاف مطالعات قبلی که به کارکرد کوانتومی همخوان با یک کیوبیت شار دست نیافتند، این کیوبیت تازه پیشرفت قابل توجهی را نشان داد. دانشمندان با منفعت گیری از ماده‌ای پایدار به نام PdNi برای تشکیل π-junction، آزمایش‌های قبلی که از CuNi منفعت گیری می‌کردند را بهبود بخشیدند. برای اندازه‌گیری کیوبیت که با منفعت گیری از رویه‌های طراحی پیشرفته ساخته شده می بود، از دستگاهی منفعت گیری شد که نقطه کار ایده‌آل را در میدان‌های مغناطیسی صفر قبول می‌کرد. زمان انسجام آن ۱.۴۵ میکروثانیه می بود که ۳۶۰ برابر بهتر از کیوبیت‌های فاز قبلی است.

با دقت به حرف های‌ی محققان، در حالی که زمان انسجام تا این مدت مختصر‌تر از کیوبیت‌های شار معمولی بدون π-junction است، این پیشرفت قدم مهمی به سمت ساده‌سازی و ادغام مدارهای کوانتومی است. این کار می‌تواند با حذف نیاز به میدان‌های مغناطیسی خارجی تبدیل فناوری‌های کوانتومی کم‌مصرف‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر بشود.