سیلیکون خالص رایانه‌های کوانتومی را متحول خواهد کرد

این ماده کشف‌شده به غلبه بر مشکلی کمک می‌کند که ساخت چنین رایانه‌هایی را با دردسر روبه‌رو می‌کند؛ مشکلی که به «همدوسی شکننده کوانتومی» (fragile quantum coherence) معروف است. این مشکل به این واقعیت اشاره دارد که رایانه‌‌های کوانتومی بیشتر مواقع خطاها را بسیار سریع روی هم می‌انبارند، به این معنی که به‌زودی نامعتبر و اتکاناپذیر می‌شوند.

بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها اجزای سازنده رایانه‌های کوانتومی به شمار می‌روند، درست مانند بیت‌های یک رایانه معمول و رایج. اما آن‌ها ممکن است تحت تاثیر تغییرات کوچک محیطشان، ازجمله تغییرات دما، قرار بگیرند – به طوری که حتی رایانه‌های کوانتومی که امروز در اختیار داریم، که در یخچال‌ و در صفر مطلق نگه‌داری می‌شوند، فقط کسری از ثانیه بی‌خطا کار می‌کنند.

ساخت این ماده جدید به غلبه بر این مشکلات کمک می‌کند. این دستگاه از کیوبیت‌های ساخته‌شده از اتم‌های فسفر استفاده می‌کند که سپس در کریستال‌هایی از سیلیکون خالص پایدار قرار می‌گیرد و سبب می‌شود آن‌ها به مراتب قوی‌تر شوند.

این فرایند یک پرتو متمرکز از سیلیکون خالص را به سوی یک تراشه سیلیکونی پرتاب و اتم‌های نامطلوب را حذف می‌کند و سیلیکون خالص جایگزین آن‌ها می‌شود. این کار میزان اتم‌های نامطلوب را از ۴.۵ درصد به ۰.۰۰۰۲ درصد کاهش می‌دهد.

دیوید جیمیسون، از دانشگاه ملبورن که در نظارت بر این پروژه همکاری داشت، گفت: «خبر عالی، خالص کردن سیلیکون تا این سطح است. ما اکنون می‌توانیم از یک دستگاه استاندارد – یک دستگاه کاشت یونی – که در هر آزمایشگاه ساخت نیمه‌رسانا پیدا می‌شود، استفاده کنیم تا با پیکربندی خاصی که ما طراحی کرده‌ایم تنظیم می‌شود.»

ریچارد کوری، استاد مواد الکترونیکی پیشرفته در دانشگاه منچستر، جایی که بسیاری از پژوهش‌ها در آنجا انجام شد، گفت: «این پیشرفت ممکن است کار ساخت یک رایانه کوانتومی کارآمد را «به میزان قابل توجهی» سرعت بخشد.»

او گفت آنچه پیش‌تر تقریبا ۱۰ سال از ما فاصله داشت، اکنون ممکن است در ۵ سال آینده یا کمتر محقق شود.

دانشمندان از چند دهه پیش از سیلیکون برای ساخت تراشه‌هایی استفاده می‌کردند که رایانه‌های رایج با آن‌ها کار می‌کنند. اما سیلیکون طبیعی با ناخالصی‌های مختصری همراه است که سبب از دست دادن اطلاعات کیوبیت‌ها و غیرقابل اطمینان کردن رایانه‌های کوانتومی می‌شود که براساس آن‌ کار می‌کنند.

کشف بزرگ دانشگاه منچستر این ناخالصی‌ها را از بین می‌برد و، در عین حال، خالص‌ترین سیلیکون جهان را می‌سازد. این درنهایت می‌تواند ساخت یک رایانه کوانتومی بزرگ‌تر را ممکن کند که قابلیت فراوانی را در قالب و اندازه یک بسته کوچک فراهم می‌کند.

پژوهشگران به مجموعه‌ای از کشف‌های احتمالی در آینده اشاره کردند که با رایانه‌های کوانتومی واقعی و قابل استفاده امکان‌پذیر می‌شوند: توان‌های جدید برای هوش مصنوعی، ارتباطات، ساخت داروهای جدید و روش‌های جدید استفاده از انرژی.

در هر صورت محققان باید در ابتدا نشان دهند که از سیلیکون خالص می‌توان برای ساخت رایانه‌ای با کیوبیت‌های زیاد استفاده کرد که همزمان قادر به حفظ همدوسی خود باشند.