قد يكون الماس هو أفضل صديق جديد للحوسبة الكمومية

يمكن أن يكون التراكب دبًا حقيقيًا للمحافظة عليه ، ولكن هذا الأسبوع ، أعلن باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن نهج جديد تم تطويره باستخدام الماس الاصطناعي. في نهاية المطاف ، يمكن وضع أجهزة كمبيوتر كمومية موثوقة وعملية في متناول أقرب.

جزء من التحدي المتأصل في الحوسبة الكمومية هو الحفاظ على الاستقرار. في العديد من المجالات الأخرى التي يتم تحقيقها من خلال التحكم في التغذية المرتدة: مع وضع المرغوب في الاعتبار ، يقوم الباحثون بقياس الحالة الحالية وإجراء التعديلات اللازمة للحفاظ على النظام في الخط.

المشكلة في العالم الكمي هي أن القياس - ضروري جزء من هذه العملية - يدمر التراكب. لذا ، في هذا المجال ، على الباحثين تقليديا أن يفعلوا دون ردود الفعل التي كانوا يعتمدون عليها بشكل آخر.

يصف البحث الجديد نظام التحكم في التغذية الراجعة للمحافظة على تراكب الكم الذي لا يتطلب أي قياس. وبدلاً من ذلك ، فإنه يستخدم ما يعرف باسم مركز الشغور النتروجيني في الماس.

"بدلاً من وجود جهاز تحكم كلاسيكي لتنفيذ التغذية المرتدة ، نستخدم الآن وحدة تحكم كمومية" ، قال باولا كابيلارو ، أستاذ مشارك إستر وهارولد إجيرتون العلوم والهندسة النووية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. "لأن وحدة التحكم هي الكمية ، لست بحاجة إلى إجراء قياس لمعرفة ما يحدث."

يتكون الماس النقي من ذرات الكربون مرتبة في بنية شبكية منتظمة. إذا كانت نواة الكربون مفقودة من الشبكة حيث يوجد أحدها في المعتاد ، فهذا يعتبر شاغرًا. إذا كانت ذرة النيتروجين تحل محل ذرة كربون في الشبكة في موقع مجاور للوظيفة الشاغرة ، يُعرف ذلك بمركز النيتروجين الشاغر (NV).

عندما يتعرض إلى حقل مغناطيسي قوي - في هذه الحالة ، وهو مغناطيس دائم متمركز فوق الماس - يمكن أن يكون الدوران الإلكتروني لمركز NV أعلى أو أسفل أو تراكب كمومي للطرفين. وهنا تكمن قيمة الحوسبة الكمومية.

أولا ، جرعة من الموجات الدقيقة تضع الدوران الإلكتروني لمركز NV في التراكب. بعد ذلك ، تؤدي موجة من إشعاع التردد الراديوي إلى وضع نواة النيتروجين في حالة دوران محددة. إن الجرعة الثانية من الطاقة المنخفضة للميكروويف "تشابك" دوران نواة النيتروجين ومركز NV ، بحيث تصبح معتمدة على بعضها البعض.

عند هذه النقطة ، يمكن وضع qubit NV للعمل جنباً إلى جنب مع qubits لأداء عملية حسابية ، لكن الباحثين قاموا أيضًا بإدارة المزيد من التعرض للميكروويف لاختبار الأخطاء.

خلاصة القول؟ سمح النظام بتكثيف الكم في مركز NV للبقاء في التراكب حوالي 1000 مرة طالما كان ذلك لولا ذلك. وهذا بدوره يعني أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن أن تكون أقرب مما كنا نظن حتى الآن.

تم نشر ورقة تصف العمل هذا الأسبوع في مجلة Nature.