کشف یک معمای کوانتومی: چگونه تانتالوم عملکرد کیوبیت را افزایش می دهد.

محققان کشف یک معمای کوانتومی را رمزگشایی می کنند.
دانشمندان در تلاش برای بهبود عملکرد کیوبیت‌های ابررسانا، که بستر رایانه‌های کوانتومی را تشکیل می‌دهند، در حال کاوش در مواد پایه مختلف با هدف افزایش طول عمر منسجم این کیوبیت‌ها بوده‌اند.

کشف اخیر محققان نشان داد که استفاده از تانتالیوم در کیوبیت‌های ابررسانا عملکرد آنها را افزایش می‌دهد. با این حال، دلایل اصلی ناشناخته باقی مانده است – تا کنون.

دانشمندان مرکز نانومواد عملکردی (CFN)، منبع نور ملی سنکروترون II (NSLS-II)، مرکز طراحی مشترک برای مزیت کوانتومی (C2QA) و دانشگاه پرینستون دلایل اساسی عملکرد بهتر این کیوبیت ها را با رمزگشایی بررسی کردند. مشخصات شیمیایی تانتالیوم

CFN و NSLS-II از امکانات کاربری علوم وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) در آزمایشگاه ملی بروکهاون DOE هستند. C2QA یک مرکز ملی تحقیقاتی علوم اطلاعات کوانتومی به رهبری بروکهاون است که دانشگاه پرینستون شریک اصلی آن است.

ماده مناسب

تانتالم یک فلز منحصر به فرد و همه کاره است. کار کردن با آن متراکم، سخت و آسان است. تانتالوم همچنین دارای نقطه ذوب بالایی است و در برابر خوردگی مقاوم است و در بسیاری از کاربردهای تجاری مفید است. علاوه بر این، تانتالیوم یک ابررسانا است، به این معنی که وقتی تا دمای به اندازه کافی پایین خنک شود، مقاومت الکتریکی ندارد و در نتیجه می‌تواند جریان را بدون اتلاف انرژی حمل کند.

کیوبیت‌های ابررسانا مبتنی بر تانتالوم عمر طولانی بیش از نیم میلی‌ثانیه را نشان داده‌اند.

این ویژگی ها تانتالیوم را به ماده ای عالی برای ساخت کیوبیت های بهتر تبدیل می کند. با این حال، هدف بهبود کامپیوترهای کوانتومی ابررسانا به دلیل فقدان درک در مورد آنچه که طول عمر کیوبیت را محدود می کند، مانع شده است، فرآیندی که به نام decoherence شناخته می شود. به طور کلی تصور می شود که سر و صدا و منابع میکروسکوپی از دست دادن دی الکتریک نقش دارند. با این حال، دانشمندان دقیقاً چرا و چگونه مطمئن نیستند.

ناتالی دی لئون، دانشیار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه پرینستون و رهبر رانش مواد برای C2QA، توضیح داد: «کار در این مقاله یکی از دو مطالعه موازی است که هدف آن رسیدگی به یک چالش بزرگ در ساخت کیوبیت است.

نتایج شگفت انگیز

آنها سپس این نمونه‌ها را به خطوط پرتوهای نرم و حساس طیف‌سنجی (SST-1 و SST-2) در NSLS-II بردند… تا اکسید تانتالیوم را که روی سطح با استفاده از طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) تشکیل می‌شود… مطالعه کنند. XPS از اشعه ایکس برای بیرون انداختن الکترون ها از نمونه استفاده می کند و سرنخ هایی در مورد خواص شیمیایی و حالت الکترونیکی اتم ها… در نزدیکی سطح نمونه ارائه می دهد. دانشمندان این فرضیه را مطرح کردند که ضخامت و ماهیت شیمیایی این لایه اکسید تانتالیوم در تعیین انسجام کیوبیت نقش داشته است… زیرا تانتالیوم دارای یک لایه اکسید نازک‌تر در مقایسه با نیوبیم است که معمولاً در کیوبیت‌ها استفاده می‌شود.

اندرو والتر، دانشمند برجسته خط پرتو در مورد کشف یک معمای کوانتومی در برنامه طیف‌سنجی و پراکندگی اشعه ایکس نرم NSLS-II توضیح داد: «ما این مواد را در خطوط پرتو اندازه‌گیری کردیم تا بهتر بفهمیم چه اتفاقی دارد می‌افتد. فرضیه ای وجود داشت که لایه اکسید تانتالیوم نسبتا یکنواخت است، اما اندازه گیری های ما نشان داد که اصلا یکنواخت نیست. وقتی پاسخی را پیدا می‌کنید که انتظارش را ندارید همیشه جالب‌تر است، زیرا در آن زمان چیزی یاد می‌گیرید.»

برای دیدن محصولات بیشتر میتوانید به سایت اینترنتی YASASTORE مراجعه فرمایید.