ساخت اتم‌های مصنوعی برای تأمین نیروی فناوری کوانتوم

ايسنا/ دانشمندان يک نوع جديد از اتم مصنوعي يا نقاط کوانتومي ايجاد کرده‌اند که در دماي اتاق پايدار است و فرصت‌هاي جديدي را در ارتباطات کوانتومي امن ايجاد مي‌کند. دانشمندان دانشگاه اورگان(UO) با استفاده از گرافن سفيد موفق به ساخت نوع جديدي از اتم‌هاي مصنوعي شدند که در دماي اتاق فعاليت مي‌کند و توانايي تأمين نيروي فناوري پيچيده کوانتومي را دارد. دانشمندان در يک مقاله جديد که در مجله Nano Letter منتشر شده است نشان دادند که چگونه از گرافن سفيد براي ايجاد اتم‌هاي مصنوعي که در دماي اتاق پايدار باقي بمانند، استفاده کرده‌اند و راه جديدي را براي کشف ارتباطات کوانتومي امن و محاسبات کوانتومي نوري باز کرده‌اند. "بنجامين آلِمان" فيزيکدان و عضو مؤسسه علوم مواد دانشگاه اورگان و سرپرست اين مطالعه گفت: پيشرفت بزرگ ما اين است که ما يک روش ساده و مقياس‌پذير براي اتم‌هاي مصنوعي بر روي يک ميکروتراشه کشف کرده‌ايم و اين که اتم‌هاي مصنوعي ما در دماي اتاق کار مي‌کنند. "جاشوا زيگلر" دانشجوي دکترا در آزمايشگاه "آلِمان" و يکي از محققان اين پروژه يک ورق دو بعدي از بور-نيتريد شش ضلعي را که به دليل شباهت رنگ و ضخامتش به گرافن به نام "گرافن سفيد" شناخته مي‌شود را به خدمت گرفت و با پرتوي متمرکز يوني سوراخ‌هايي به قطر ۵۰۰ نانومتر و عمق تنها ۴ نانومتر بر روي آن ايجاد کرد. هنگامي که زيگلر اين مورق را با استفاده از ميکروسکوپ نوري متمرکز بررسي کرد، نقاط يا لکه‌هاي کوچکي از نور را ديد که از سوراخ‌ها بيرون مي‌آمد. وي با تحليل اين نقاط با تکنيک‌هاي ويژه براي شمارش فوتون‌ها متوجه شد که اين نقاط نوري هر بار تنها يک فوتون را عبور مي‌دهند که اين کمترين ميزان ممکن است. اين لکه‌هاي نوري خود اتم‌هاي مصنوعي هستند و مانند انتشار فوتون به صورت تکي اشتراکات بسياري با خواص اتم‌ها در دنياي واقعي دارند. "آلِمان" گفت: کار ما يک منبع از فوتون‌هاي تکي را فراهم مي‌کند که مي‌تواند به عنوان حامل اطلاعات کوانتومي و يا به عنوان کيوبيت (qubit) عمل کند. ما از اين منابع الگوبرداري کرده‌ايم و مي‌توانيم هر چقدر از آنها را که مي‌خواهيم بسازيم. وي افزود: ما مي‌خواهيم اين منتشر کننده‌هاي فوتون‌هاي تکي را به يک مدار يا شبکه روي يک ميکروتراشه بياوريم تا بتوانند با همديگر و يا با ديگر کيوبيت‌هاي موجود ارتباط برقرار کنند. نقاط کوانتومي(Quantom dot) نيمه‌رساناهايي هستند که امروزه استفاده‌هاي گوناگوني در صنعت و پزشکي دارند. در صنعت از نقاط کوانتومي براي ساخت لامپ‌هاي ال‌اي‌دي، باتري‌هاي خورشيدي و… استفاده مي‌گردد. در پزشکي نيز از آنها براي طراحي و ساخت نانوبيوسنسورهاي بسيار حساس و با پايداري نوري بالاتر نسبت به رنگ‌ريزه‌هاي مرسوم استفاده مي‌شود. نقاط کوانتومي داراي خواص منحصر به فردي مانند پايداري نوري بالاتر نسبت به فلورفورهاي مرسوم، طول موج طيف تحريکي و نشري باريک و مجزا از هم، کوچک بودن (۲ تا ۸ نانومتر) و درخشان‌تر بودن هستند. اما يک کيوبيت يا بيت کوانتومي در پردازش کوانتومي واحد پايه‌اي پردازش کوانتومي و رمزنگاري کوانتومي بوده و مشابه بيت در رايانه‌هاي کلاسيک و کوچک‌ترين واحد ذخيره اطلاعات و معياري از مقدار اطلاعات کوانتومي است. کيوبيت از نظر فيزيکي يک سامانه کوانتومي دو حالتي است، يعني سيستمي که توسط مکانيک کوانتومي به درستي قابل توصيف است و هنگام اندازه‌گيري يکي از دو حالت ممکن خود را اختيار مي‌کند. مانند قطبش يک فوتون که در اينجا، جهتِ قطبشِ عمودي و جهتِ قطبشِ افقي دو حالت ممکن براي سامانه هستند. در يک سامانه کلاسيک، هر بيت در هر لحظه يا در حالت صفر يا در حالت يک است، اما اصل‌هاي مکانيک کوانتومي به کيوبيت اجازه مي‌دهند که در همان حال، حالتي را برابر با برهم نهي دو حالت اصلي نيز اختيار کند که يک ويژگي بنيادي در پردازش کوانتومي است. به عبارتي يک کيوبيت هم ممکن است در حالت‌هاي کلاسيک صفر و يک وجود داشته باشد و هم مي‌تواند در حالت ترکيب اين دو قرار گيرد. يعني همزمان داراي هر دو حالت صفر و يک باشد. در واقع همين پديده، تفاوت اصلي بين بيت‌هاي کلاسيک و کيوبيت‌هاست. انتقال کيوبيت‌ها بنيان دانش کوانتومي است. ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد