خالص‌ترین سیلیکون جهان تراشه یک‌میلیون کیوبیتی را توسعه می‌دهد

مهر: محققان خالص‌ترین سیلیکون را مهندسی کرده‌اند تا کیوبیت‌های معتبر بسازند که به اندازه سرسوزن روی تراشه هستند و یک میلیون کیوبیت در رایانه‌های کوانتومی آینده را فعال می‌کنند. به نقل از اسپیس، محققان یک نوع ارتقایافته و بسیار خالص از سیلیکون را ابداع کرده‌اند که در آینده برای توسعه کیوبیت‌های مبتنی بر سیلیکون معتبر در رایانه‌های کوانتومی قدرتمند به‌کار می‌رود.

هر چند بیت‌ها در رایانه‌های فعلی داده‌ها را به شکل یک یا صفر رمزگذاری می‌کنند، اما کیوبیت‌ها در رایانه‌های کوانتومی می‌توانند با هم نهی این دو حالت باشند. به عبارت دیگر کیوبیت‌ها می‌توانند به وضعیتی کوانتومی به نام انسجام دست یابند و به‌طور موازی جایگاه صفر و یک را پر کنند و همزمان محاسبات رایانشی را انجام دهند. به گفته محققان، چنین دستگاه‌هایی احتمالا بسیار قدرتمندتر از ابر رایانه‌های امروزی جهان هستند، اما برای دستیابی به آنها به حدود یک میلیون کیوبیت نیاز است. این درحالی است که بزرگ‌ترین رایانه کوانتومی فعلی حدود هزار کیوبیت دارد.

یکی از چالش‌ها در حوزه کوانتوم رایانشی آن است که کیوبیت‌ها در معرض اختلالاتی مانند تغییرات دما قرار دارند و باید تا دمای صفر مطلق خنک شوند. در غیر این صورت اطلاعات از بین می‌رود. این به آن معناست که اگر رایانه کوانتومی با یک میلیون کیوبیت در اختیار داشته باشیم، بسیاری از کیوبیت‌ها حتی با فناوری‌های اصلاح خطا زائد می‌شوند و در نتیجه ابزار بسیار ناکارآمد خواهد بود.

به‌طور معمول کیوبیت‌ها از فلزات ابر رسانا مانند تانتالیوم و نوبیوم ساخته می‌شوند؛ زیرا رسانایی و مقاومت تقریبا بی‌نهایتی دارند. اما در پژوهشی که در ۷مه در نشریه نیچر کامونیکیشنز متریالز منتشر شده، محققان استفاده از یک نوع سیلیکون خالص و جدید را به‌عنوان مبنایی برای کیوبیت‌هایی پیشنهاد کرده‌اند که بسیار مقیاس پذیرتر از فناوری‌های کنونی است. سیلیکون نیمه رسانایی است که در رایانه‌های معمول استفاده می‌شود.

ساخت کیوبیت‌ها از مواد نیمه رسانا مانند سیلیکون، گالیوم یا ژرمانیوم مزایایی بر کیوبیت‌های ساخته‌شده از فلزات ابر رسانا دارد. در این نوع کیوبیت‌ها بازه‌های انسجام طولانی‌تر است، ساخت آنها ارزان‌تر است، کیوبیت‌های مذکور در دمای بالاتر کارآمد و البته بسیار کوچک هستند. به عبارت دیگر یک تراشه می‌تواند انبوهی از کیوبیت‌ها را در خود جای دهد؛ اما ناخالصی‌ها در مواد نیمه‌رسانا ممکن است طی فرآیندی رایانش انسجام را کاهش دهد و به همین دلیل این مواد اکنون مورد اعتماد نیستند.

در تحقیق جدید محققان پیشنهاد کرده‌اند کیوبیت‌ها از سیلیکون ۲۸ (Si-۲۸) ساخته شده است که خالص‌ترین نوع سیلیکون جهان شناخته می‌شود. این ماده پس از حذف ناخالص‌های موجود در سیلیکون طبیعی به‌دست می‌آید. کیوبیت‌های مبتنی بر سیلیکون کمتر در معرض ناکارآمدی قرار دارند و می‌توان آن را به اندازه یک سرسوزن ساخت.