ترسیم مسیر تازه‌ای برای رایانه‌های کوانتومی با «نقطه‌های کوانتومی» اکسید روی

به گزارش ایسنا، به نقل از ستاد نانو، نقطه‌های کوانتومی نیمه‌رسانا یکی از گزینه‌های مورد توجه برای ساخت رایانه‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر هستند. این ساختارهای بسیار کوچک می‌توانند الکترون‌ها را در فضای محدودی محبوس کنند و از ویژگی کوانتومی اسپین آن‌ها برای ذخیره و پردازش اطلاعات استفاده شود. تاکنون موادی مانند سیلیکون و آرسنید گالیم به‌طور گسترده برای ساخت چنین سامانه‌هایی بررسی شده‌اند؛ اما اکسید روی نیز به‌عنوان ماده‌ای جایگزین، ویژگی‌هایی دارد که می‌تواند آن را به گزینه‌ای جذاب برای فناوری‌های کوانتومی تبدیل کند.

یکی از ویژگی‌های مهم اکسید روی، محیط هسته‌ای با اسپین هسته‌ای پایین آن است. چنین محیطی می‌تواند به کاهش برهم‌کنش‌های ناخواسته میان اسپین الکترون و محیط اطراف کمک کند و در نتیجه، احتمال حفظ حالت اسپینی الکترون برای مدت طولانی‌تر را افزایش دهد. اکسید روی همچنین دارای گاف انرژی مستقیم است؛ ویژگی‌ای که می‌تواند در آینده امکان برقراری ارتباط نوری با حالت‌های کوانتومی را فراهم کند.

با وجود این ویژگی‌ها، یک مانع مهم بر سر راه استفاده از اکسید روی در رایانش کوانتومی باقی مانده بود: تشخیص سریع و دقیق وضعیت بار الکترون‌ها در نقطه‌های کوانتومی این ماده. در سامانه‌های کوانتومی، تنها محبوس کردن الکترون کافی نیست؛ پژوهشگران باید بتوانند وضعیت آن را با سرعت و دقت بالا اندازه‌گیری کنند، زیرا هرچه خوانش حالت کوانتومی سریع‌تر و دقیق‌تر باشد، امکان کنترل بهتر فرایندهای کوانتومی نیز فراهم می‌شود.

پژوهشگران دانشگاه توهوکو (Tohoku University) ژاپن، با همکاری مؤسسه ملی علوم مواد (National Institute for Materials Science یا NIMS) و دانشگاه توکیو (The University of Tokyo)، گام مهمی در مسیر توسعه رایانش کوانتومی مبتنی بر نیمه‌رساناها برداشته‌اند. 

این گروه تحقیقاتی برای حل این مشکل، افزاره‌ای از جنس اکسید روی ساخت که در آن دو نقطه کوانتومی هدف با نام‌های QD1 و QD2 در کنار یک نقطه کوانتومی حسگر قرار گرفته بودند. این نقطه کوانتومی حسگر که با عنوان SQD شناخته می‌شود، مانند یک الکترومتر بسیار حساس عمل می‌کند و می‌تواند تغییرات بسیار کوچک در بار الکتریکی سامانه را تشخیص دهد. …