پیشرفت در خازن ها دیواره های تراشه را تا 1000 برابر کاهش می دهد – Zomit

کیوبیت ها اجزای بسیار مهمی هستند که کامپیوترهای کوانتومی قدرت پردازش خود را از آنها دریافت می کنند. در واقع، کیوبیت‌ها همتای کوانتومی بیت‌ها در محاسبات سنتی هستند و یکی از تفاوت‌های کلیدی بین آن‌ها و بیت‌های معمولی این است که محاسبات کلاسیک می‌تواند بر اساس شکل A یا B (در یک جفت عبارت یا صفر) باشد. در مقابل، کامپیوترهای کوانتومی به دلیل ویژگی ها و ویژگی های عجیب و غریب می توانند از ترکیب این دو استفاده کنند.

برای اینکه رایانه‌های کوانتومی از نظر سرعت و ظرفیت از همتایان کلاسیک خود پیشی بگیرند، کیوبیت‌های آنها که مدارهای ابررسانا هستند باید به اصطلاح در طول موج باشند و دستیابی به این هدف به قیمت افزایش اندازه آنها تمام می‌شود. در حالی که ترانزیستورهای مورد استفاده در محاسبات کلاسیک به اندازه نانومتر کوچک شده اند، امروزه کیوبیت های ابررسانا هنوز بر حسب میلی متر اندازه گیری می شوند و جالب است بدانید که یک میلی متر برابر با یک میلیون نانومتر است!

به عبارت دیگر، رایانه‌های سنتی مبتنی بر ترانزیستورها و معماری‌های آشنا برای دهه‌ها ساخته شده‌اند و ما در ساخت و توسعه این ماشین‌های پردازشی تخصص کسب کرده‌ایم. از سوی دیگر، ساخت یک ماشین کوانتومی به معنای اختراع مجدد کل مفهوم محاسبات از ابتدا تا به امروز است. به این ترتیب، طبیعتاً مشکلات زیادی مانند کوچکتر کردن کیوبیت ها و دوام بیشتر، کنترل واضح و داشتن آنها به اندازه کافی برای انجام یک کار واقعا مفید وجود دارد.

ممکن است اکنون محاسبات کوانتومی را در مقالات علمی دیده باشید. بسیاری از پردازنده های غول پیکر گاهی اوقات از یخچال های صنعتی پیشی می گیرند. در واقع، بسیاری از دلایل اندازه بزرگ محاسبات کوانتومی به کیوبیت های تعبیه شده در تراشه مدار بسیار بزرگ و افزایش کیوبیت ها، این تراشه ها را نیز بزرگتر می کند. بنابراین ما هنوز با دستگاه های کوانتومی کوچکی به اندازه الکترون های امروزی فاصله داریم.

به منظور کوچک کردن کیوبیت ها و حفظ کارایی آنها، یک رویکرد جدید برای ساخت خازن هایی که انرژی و انرژی کیوبیت ها را ذخیره می کنند مورد نیاز است. پروفسور Wangfong Jen با همکاری Raytheon BBN اکنون یک خازن کیوبیت ابرسانتری دو بعدی کوچکتر از Connie ساخته است. برای ایجاد یک تراشه کیوبیت، مهندسان در گذشته مجبور بودند از خازن های مسطح استفاده کنند که صفحات مورد نیاز را در کنار هم قرار می دادند. چیدن این صفحات باعث صرفه جویی در فضا می شود. اما فلز مورد استفاده در خازن های موازی معمولی در ذخیره سازی داده های کیوبیت اختلال ایجاد می کند.

اکنون گفته می شود که تیم پروژه یک لایه عایق از نیترید بور را بین دو ورقه گرانبهای ابررسانای دیزل نیوبیم قرار داده است. هر یک از این لایه‌ها فقط به اندازه یک اتم ضخیم هستند و توسط نیروهای واندروالس، یک برهمکنش ضعیف بین الکترون‌ها، در کنار هم نگه داشته می‌شوند. سپس این تیم خازن های خود را با یک مدار آلومینیومی ترکیب کردند تا دو تراشه کیوبیت با مساحت 109 میکرون مربع و ضخامت تنها 35 نانومتر ایجاد کنند که 1000 برابر تراشه های تولید شده با روش های معمولی است.

نکته مهم این است که وقتی تراشه کیوبیت تا صفر مطلق خنک می شود، کیوبیت ها همان طول موج نمونه فعلی را پیدا می کنند. این تیم همچنین ادعا کرد که ویژگی های کلیدی را مشاهده کرده است که نشان می دهد این دو کیوبیت در هم تنیده شده اند و به عنوان واحد عمل می کنند. پدیده انسجام به عنوان انسجام نیز شناخته می شود. دکتر هان، یکی از اپراتورهای اصلی این پروژه، می‌گوید موفقیت آنها به این معناست که حالت‌های کوانتومی کیوبیت‌ها را می‌توان دستکاری کرد و از طریق پالس‌های الکترومغناطیسی خواند. البته لازم به ذکر است که زمان تراز کوتاه و کمی بیش از یک میکروثانیه است که نشان می دهد در مقایسه با حدود 10 میکروثانیه برای یک خازن معمولی، در ابتدای استفاده از مواد دو بعدی در این زمینه هستیم.

محققان دانشگاه معتبر MIT اخیراً در ساخت خازن‌ها پیشرفت کرده‌اند و از دیزلنید نیوبیم و نیترید بور برای ایجاد خازن‌های صفحه موازی برای کیوبیت‌ها استفاده می‌کنند. با این حال، تفاوت این است که دستگاه های مورد مطالعه توسط تیم MIT زمان تراز طولانی تری را ارائه می دهند و تا 25 میکروثانیه باقی می مانند.

هان و تیمش خاطرنشان کردند که آنها همچنان به اصلاح تکنیک های تولید خود ادامه می دهند و مواد دو بعدی دیگر را برای افزایش زمان سازگاری آزمایش می کنند. عنصر بسیار مهمی که دوره ذخیره کیوبیت را نشان می دهد. به گفته هان، طراحی مجدد دستگاه باید بتواند با ترکیب عناصر در پشته واندروالس یا با قرار دادن مواد دو بعدی برای سایر قسمت‌های مدار، چیزها را کوچک‌تر کند. هان گفت:

اکنون می دانیم که مواد دو بعدی ممکن است کلید ما برای ساخت محاسبات کوانتومی باشند. هنوز روزهای اولیه است، اما چنین اکتشافاتی محققان در سراسر جهان را بر آن داشته تا کاربردهای جدیدی از مواد دو بعدی را در نظر بگیرند. ما مشتاقانه منتظر کارهای بیشتری در این راستا در آینده هستیم.