توسعه رایانه‌های کوانتومی نسل بعد با یک کشف جدید!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،گروهی از پژوهشگران در ژاپن موفق به شناسایی نوعی از الکترون‌ها به نام فرمیون‌های سنگین شده‌اند؛ الکترون‌هایی با جرم موثر به‌مراتب بیشتر از حالت عادی که در وضعیت برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی کوانتومی قرار دارند و رفتار آنها توسط زمان پلانکین بنیادی‌ترین واحد زمان در مکانیک کوانتومی کنترل می‌شود. این دستاورد می‌تواند مسیر تازه‌ای برای توسعه معماری‌های نوین رایانه‌های کوانتومی هموار کند.

به گزارش sciencedaily، فرمیون‌های سنگین زمانی پدید می‌آیند که الکترون‌های رسانش در یک ماده به‌شدت با الکترون‌های مغناطیسی محلی برهم‌کنش داشته باشند و در نتیجه جرم موثر آنها به‌طور چشمگیری افزایش یابد. این پدیده به بروز ویژگی‌های غیرمعمولی مانند ابررسانایی نامتعارف منجر می‌شود و به همین دلیل یکی از محور‌های اصلی فیزیک ماده چگال محسوب می‌شود.

آزمایش‌ها روی ترکیب CeRhSn

ماده‌ای که در این پژوهش بررسی شد، ترکیب سریم-رودیوم-قلع (CeRhSn) است؛ یکی از اعضای خانواده سامانه‌های فرمیون سنگین که ساختار شبکه‌ای شبه‌کاگومه دارد و به دلیل «ناامیدی هندسی» ویژگی‌های ویژه‌ای از خود نشان می‌دهد.

اندازه‌گیری‌های دقیق طیف بازتاب این ترکیب نشان داد رفتار غیر فرمی آن در دما‌های نسبتاً بالا و حتی نزدیک به دمای اتاق نیز ادامه دارد. همچنین طول عمر الکترون‌های سنگین در این ماده تا آستانه محدودیت پلانکین افزایش یافت. الگو‌های طیفی به‌دست‌آمده که قابل بازنمایی با یک تابع ریاضی منفرد بودند، شواهد محکمی بر درهم‌تنیدگی کوانتومی الکترون‌های سنگین در CeRhSn فراهم کردند.

گامی مهم به سوی رایانه‌های کوانتومی نسل بعد

به گفته شین‌ایچی کیمورا از دانشگاه اوساکا و سرپرست این پروژه یافته‌های ما نشان می‌دهد که فرمیون‌های سنگین در این حالت بحرانی کوانتومی واقعاً درهم‌تنیده‌اند و این درهم‌تنیدگی تحت کنترل زمان پلانکین قرار دارد. این مشاهده مستقیم، گامی مهم در درک رابطه پیچیده میان درهم‌تنیدگی کوانتومی و رفتار فرمیون‌های سنگین است.

درهم‌تنیدگی کوانتومی از اصلی‌ترین منابع قدرت رایانش کوانتومی است و توانایی کنترل آن در مواد حالت جامد، چشم‌اندازی نو برای طراحی معماری‌های تازه در رایانه‌های کوانتومی فراهم می‌آورد. محدودیت زمانی پلانکین که در این پژوهش شناسایی شد اطلاعات کلیدی برای مهندسی چنین سامانه‌هایی در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد.

پژوهشگران معتقدند مطالعه بیشتر این حالت‌های درهم‌تنیده می‌تواند شیوه پردازش اطلاعات کوانتومی را متحول کند و فرصت‌های تازه‌ای را در توسعه فناوری‌های کوانتومی بگشاید. این کشف نه‌تنها فهم ما را از سامانه‌های الکترونی با برهم‌کنش شدید ارتقا می‌دهد بلکه راه را برای کاربرد‌های عملی در نسل آینده فناوری‌های کوانتومی نیز هموار می‌سازد.