ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی با استفاده از «لعل» به واقعیت پیوست

پس از الماس، دانشمندان به تازگی موفق به ذخیره اطلاعات کوانتومی در سنگ لعل نیز شده‌اند.

به گزارش توانآپ، محققان با بهره‌گیری از سریم (cerium) توانسته‌اند مراکز خالی را در سنگ‌های قیمتی لعل ایجاد کرده و آن‌ها را به سامانه‌های کیوبیتی تبدیل کنند. با این حال، برای دستیابی به کنترل کامل بر مراکز سریم، تحقیقات بیشتری لازم است.

شاید شما نام کیوبیت‌های الماس را شنیده باشید، اما این سنگ‌های قیمتی تنها گزینه برای ذخیره اطلاعات کوانتومی نیستند. مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که لعل، به عنوان یک جواهر کمیاب، نیز قابلیت استفاده به عنوان سامانه کیوبیتی را داراست.

سنگ‌های لعل جواهراتی شفاف هستند که در رنگ‌های متنوعی از جمله قرمز، آبی، سیاه، بنفش، سفید و زرد وجود دارند. آن‌ها به لحاظ کمیابی بیشتر از الماس‌ها محسوب می‌شوند، اما از نظر قیمت معمولاً اقتصادی‌تر هستند.

تا به حال، سنگ‌های لعل عمدتاً به خاطر زیبایی‌شناختی خود شناخته می‌شدند، اما این مطالعه جدید نشان‌دهنده پتانسیل آن‌ها در پیشرفت فناوری کوانتومی است. دیوید آوشالوم، یکی از نویسندگان این تحقیق و استاد دانشگاه شیکاگو، می‌گوید: "با استفاده از ویژگی‌های منحصربه‌فرد لعل، نه تنها درک ما از سامانه‌های کیوبیتی بهبود می‌یابد، بلکه ابزارهای فناوری‌های کوانتومی نیز به طرق جدیدی گسترش می‌یابد."

تبدیل لعل به یک سامانه کیوبیتی اسپین حالت جامد

وقتی نقص‌های اتمی خاصی در یک سنگ قیمتی ایجاد می‌شود، مراکز خالی با ویژگی‌های خاصی شکل می‌گیرند که به آن‌ها اجازه می‌دهد به عنوان کیوبیت عمل کنند. به عنوان مثال، هنگامی که یک اتم نیتروژن در یک الماس با اتم کربن جایگزین می‌شود و با یک اتم کربن از دست رفته جفت می‌شود، یک مرکز خالی نیتروژن (NV) ایجاد می‌شود که می‌توان آن را با استفاده از لیزر و میدان‌های مغناطیسی کنترل کرد.

نویسندگان این مطالعه در هنگام بررسی لعل، رویکرد مشابهی را اتخاذ کردند. آن‌ها بررسی کردند که چگونه سریم (Ce) کاشته شده در دو ماده MgO و MgAl2O4 (لعل) می‌تواند به عنوان کیوبیت عمل کند. نتایج نشان داد که Ce در لعل (MgAl2O4) بیش از 10 برابر بیشتر از MgO نور ساطع می‌کند و این امر تشخیص آن را تسهیل می‌کند.

آن‌ها همچنین مشاهده کردند که انتشار نور از مراکز سریم در لعل، زمانی که در معرض میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، حتی در دماهای بسیار پایین (فقط چهار کلوین) تغییراتی اندک نشان می‌دهد که نشان‌دهنده قابلیت عمل به عنوان کیوبیت و کنترل اسپین آن‌ها با میدان مغناطیسی است.

فقدان یک عملکرد کیوبیت

زمانی که دانشمندان بتوانند وضعیت کیوبیت را مقداردهی اولیه، دستکاری و خوانش کنند، یک نقص اتمی می‌تواند به عنوان یک کیوبیت کامل عمل کند. در مورد مراکز سریم در لعل، نویسندگان این مطالعه می‌توانند کیوبیت را تنظیم کرده و وضعیت آن را بخوانند، اما هنوز توانایی دستکاری آن را ندارند.

بنابراین، تحقیقات بیشتری برای دستیابی به کنترل کامل بر مراکز سریم ضروری است. زمانی که دانشمندان روش‌های دستکاری کیوبیت‌های لعل را کشف کنند، این سنگ‌های قیمتی می‌توانند در برنامه‌های مختلف محاسباتی کوانتومی به کار گرفته شوند.

نکته قابل توجه این است که دلایل متعددی وجود دارد که چرا دانشمندان قصد دارند از سنگ‌های قیمتی مانند الماس و لعل برای ذخیره اطلاعات کوانتومی بهره ببرند. به عنوان مثال، نقص‌های اتمی به عنوان یک محیط عالی برای کنترل اسپین الکترون عمل می‌کنند و ساختار شفاف سنگ‌های قیمتی فرصت منحصربه‌فردی را برای دانشمندان فراهم می‌کند تا اسپین را بدون به خطر انداختن پایداری کیوبیت دستکاری کنند.

ماناتو کاواهارا، محقق ارشد این مطالعه و دانشجوی دکترا در دانشگاه توهوکو، می‌گوید: "به آن مانند یک کره شیشه‌ای برفی فکر کنید. این شیشه از اجسام در برابر مزاحمت‌های بیرونی محافظت می‌کند، در حالی که ما هنوز می‌توانیم آن را دستکاری کنیم."

علاوه بر این، ساختار بلوری قوی سنگ‌های قیمتی آن‌ها را به محیطی ایده‌آل برای محافظت از اطلاعات کوانتومی در برابر شرایط خارجی تبدیل می‌کند. این مطالعه در مجله Applied Physics Express منتشر شده است. به نقل از عصر ایران

انتهای پیام/