گامی به سوی کامپیوترهای کوانتومی بدون خطا
دانشمندان با مهندسی یک زنجیره‌ی کوانتومی، راه را برای رایانه‌های کوانتومی پایدار و مقاوم در برابر خطا هموار کردند.
دانشمندان موفق به توسعه‌ی بستری پایدارتر برای مد‌های صفر ماجورانا (MZMs) شده‌اند، ذراتی عجیب که می‌توانند انقلابی در حوزه‌ی رایانش کوانتومی ایجاد کنند.
در این پژوهش، تیم تحقیقاتی با استفاده از زنجیره‌ی کیتایف سه‌سایتی متشکل از نقاط کوانتومی و پیوند‌های ابررسانا، توانستند MZMs را با فاصله‌ی بیشتری از یکدیگر قرار دهند.
به گزارش ساینس دیلی، این کار باعث افزایش مقاومت آنها در برابر نویز شده و گامی مهم در جهت ساخت رایانه‌های کوانتومی مقاوم در برابر خطا به شمار می‌رود. این دستاورد نه تنها امکان طراحی مواد با خواص کوانتومی سفارشی‌شده را فراهم می‌کند، بلکه مسیر را برای طراحی‌های مقیاس‌پذیر هموار ساخته و امید‌ها را برای توسعه‌ی سیستم‌های کوانتومی پایدارتر افزایش می‌دهد.
کشف نقطه‌ی ایده‌آل برای پایداری مد‌های صفر ماجورانا
مطالعه‌ای که اخیراً در Nature Nanotechnology منتشر شده، پیشرفتی مهم در تثبیت MZMs در سیستم‌های کوانتومی مهندسی‌شده را گزارش می‌کند. این پژوهش که توسط دانشمندانی از دانشگاه آکسفورد، دانشگاه صنعتی دلفت، دانشگاه صنعتی آیندهوون و شرکت کوانتوم ماشینز انجام شده، گامی کلیدی در جهت توسعه‌ی رایانه‌های کوانتومی مقاوم در برابر خطا محسوب می‌شود.
مد‌های صفر ماجورانا به‌عنوان کوازیمولکول‌های خاص شناخته می‌شوند که از نظر نظری، در برابر نویز‌های محیطی که معمولاً باعث اختلال در بیت‌های کوانتومی (کیوبیت‌ها) می‌شوند، مقاوم هستند. این ویژگی آنها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای ایجاد سیستم‌های کوانتومی پایدار و بادوام تبدیل کرده است. با این حال، ایجاد MZMهای پایدار در عمل به‌دلیل ناخالصی‌های مواد مورد استفاده، همواره چالش‌برانگیز بوده است.
توسعه‌ی بستری پایدارتر با استفاده از زنجیره‌ی کیتایف
برای غلبه بر این چالش، تیم تحقیقاتی یک زنجیره‌ی کیتایف سه‌سایتی طراحی کرد که می‌تواند به‌عنوان یک بلوک سازنده‌ی کلیدی برای ابررسانا‌های توپولوژیکی آینده عمل کند. این ساختار از نقاط کوانتومی متصل‌شده از طریق بخش‌های ابررسانا در نانو‌سیم‌های ترکیبی نیمه‌رسانا-ابررسانا تشکیل شده است. چنین پیکربندی‌ای کنترل دقیقی بر حالات کوانتومی فراهم کرده و نقطه‌ی ایده‌آلی ایجاد کرده است که در آن MZMs با فاصله‌ی بیشتری از هم قرار می‌گیرند. این فاصله‌ی بیشتر، برهم‌کنش‌های ناخواسته را کاهش داده و پایداری آنها را به شکل چشمگیری افزایش می‌دهد.
گرگ مازور، نویسنده‌ی اصلی این پژوهش از دانشکده‌ی مواد دانشگاه آکسفورد که در زمان انجام این تحقیق یک مهندس کوانتومی در QuTech بود، در این باره می‌گوید: "یافته‌های ما یک پیشرفت کلیدی است که نشان می‌دهد گسترش زنجیره‌های کیتایف نه‌تنها موجب حفظ، بلکه باعث افزایش پایداری ماجورانا می‌شود. من مشتاقانه منتظر ادامه‌ی این مسیر با گروه تحقیقاتی جدیدم در آکسفورد هستم، جایی که هدفم توسعه‌ی بستر‌های کوانتومی مبتنی بر نقاط کوانتومی در مقیاس‌پذیری بیشتر است. تمرکز اصلی پژوهش من در دانشکده‌ی مواد، ایجاد ماده‌ی کوانتومی مصنوعی از طریق نانوفناوری‌های پیشرفته خواهد بود."
گامی به سوی رایانش کوانتومی مقیاس‌پذیر
محققان معتقدند که افزایش طول این زنجیره‌ها می‌تواند پایداری را به‌طور نمایی بهبود بخشد، زیرا MZMs در انتهای این ساختار‌ها بیش از پیش از نویز محیطی ایزوله می‌شوند. این یافته انگیزه‌ی قدرتمندی برای مطالعات آینده در زمینه‌ی آرایه‌های بزرگ‌تر نقاط کوانتومی فراهم می‌کند که برای دستیابی به رایانش کوانتومی کاربردی و پایدار ضروری است.
این رویکرد همچنین راه را برای ایجاد مواد کاملاً جدید با ویژگی‌های کوانتومی سفارشی‌شده از طریق مهندسی دقیق دستگاه‌های نانویی باز می‌کند.
