📰پردازنده کوانتومی حالتجامد با استفاده از اسپینهای هستهای معرفی شد.
▪️تیمی از پژوهشگران،یک پلتفرم پردازش کوانتومی حالتجامد (solid-state) را معرفی کردهاند که از اسپینهای هستهای (nuclear spins) در اتمهای تنگستن (^183W) به عنوان کیوبیت بهره میبرد. این سیستم در مقیاس چیپ، با زمانهای پایداری (coherence) در حد چند ثانیه و سازگاری با تکنولوژیهای ابررسانا، میتواند کنترل، آشکارسازی و درهمتنیدگی تک کیوبیتهای هستهای را ممکن سازد — دستآوردی چشمگیر برای توسعه رایانش کوانتومی قابلتوسعه.
⬅️تحقیق در زمینه رایانش کوانتومی همواره به دنبال ایجاد کیوبیتهای با زمانهای پایداری طولانی، کنترلپذیری بالا و سازگاری با زیرساختهای موجود بوده است. در این کار جدید، تیم به سرپرستی Emmanuel Flurin و همکارانش موفق شدند یک پردازنده کوانتومی حالتجامد مبتنی بر اسپینهای هستهای بسازند که در آن هر کیوبیت از اسپین هستهای اتم تنگستن ^183W تشکیل شده است، در میان بلوری از کلسیم تنگستات (CaWO₄) قرار دارد و در مجاورت اسپین الکترونی یک یون rare-earth (Er³⁺) قرار گرفته تا نقش تسهیلکننده و آشکارساز (ancilla) را ایفا کند.
نخستین گام در این طراحی بهبود حساسیت رزونانس مغناطیسی کوانتومی (magnetic resonance) سنتی بود، که معمولاً در NMR/ESR برای تعامل با اسپینها استفاده میشود اما نیازمند مجموعههای عظیم از اتمها بود و نمیتوانست به سطح تکاسپین برسد. محققان با ترکیب مواد ابررسانا و رزونانس مغناطیسی، موفق شدند سیگنال مغناطیسی بسیار ضعیف یک تک الکترون و از طریق آن یک تک هسته را آشکار کنند و به این ترتیب پردازش کوانتومی در «سطح تکاسپین» را ممکن سازند. این کار در یک معماری رویچیپ (chip-scale) رخ داد که شامل رزوناتور مایکروویوی ابررسانا برای ذخیره و دستکاری حالتهای کوانتومی است.
▪️مزیت اصلی این پلتفرم این است که کیوبیتها از اسپینهای هستهای تشکیل شدهاند که نسبت به اغلب پیادهسازیهای ابررسانا یا نقاط کوانتومی، پایداری زمانی بسیار بیشتری دارند — در این مورد زمانهای coherence در حد چند ثانیه گزارش شده است. این زمانهای طولانی اجازه میدهند که حالتهای کوانتومی برای مدت قابلتوجهی بدون فروپاشی باقی بمانند، موضوعی حیاتی برای اجرای الگوریتمهای کوانتومی یا ذخیرهسازی اطلاعات کوانتومی.
⬅️برای کنترل و خواندن این کیوبیتها، اسپین الکترون یون Er³⁺ مجاور خدمت میکند؛ چون کنترل اسپین الکترون بسیار سادهتر از اسپین هستهای است و میتواند به عنوان پل ارتباطی عمل کند. تیم پژوهشی موفق شد درهمتنیدگی بین دو کیوبیت هستهای را ایجاد کرده و گیتهای یک و دو-کیوبیتی با استفاده از سیگنالهای مایکروویوی اعمال کند. همچنین، امکان قرائت تکضرب (single-shot readout) با وفاداری بالا فراهم شده است.
▪️یکی دیگر از نکات برجسته این پلتفرم این است که روش به کار رفته صرفاً بر خواص رزونانس مغناطیسی اسپینها تکیه دارد و نیاز به انتقالهای نوری یا خواص الکتریکی خاص ندارد — امکانی که طیف گستردهای از گونههای اسپینی را میتواند به عنوان کیوبیت پشتیبانی کند. علاوه بر این، این طراحی به طور طبیعی با پردازندههای کوانتومی ابررسانا سازگار است و میتواند نقش حافظههای بلندمدت یا رجیسترهای کوانتومی در معماریهای بزرگتر را ایفا کند.
در آزمایشهای اولیه، تیم موفق شد گیتهای کوانتومی با کنترل مایکروویوی روی دو کیوبیت هستهای اجرا کند و حالتهای entangled پایدار برای بیش از یک ثانیه بسازد — دستاوردی که نشاندهنده پتانسیل این پلتفرم برای انجام محاسبات واقعی است.
این پژوهش نقطه عطفی در جهت ایجاد پردازندههای کوانتومی با پایداری بسیار بالا و سازگاری با فناوریهای موجود است. سازماندهی و کنترل اسپینهای هستهای در یک معماری حالتجامد رویچیپ میتواند گامی مؤثر در مسیر رسیدن به رایانش کوانتومی مقیاسپذیر و عملی باشد. مسیری که اگر توسعه یابد، میتواند با بهرهگیری از پایداری زمانی و کنترل دقیق، زمینه را برای انجام الگوریتمهای کوانتومی پیچیدهتر و کاربردهای واقعی فراهم کند.
🔗مطالعه کامل خبر
🔗 لینک مقاله
🖋نویسنده خبر: فاطمه نگهبان
#اخبار_کوانتوم
#ارتباط_کوانتومی
#ساعت_اتمی
#فناوری_کوانتومی
⚛️ کانال تکامل فیزیکی
@physical_evolution
phys.org
A solid-state quantum processor based on nuclear spins
Quantum computers, systems that process information leveraging quantum mechanical effects, have the potential of outperforming classical systems on some tasks. Instead of storing information as bits, ...
12
3
1January 6, 2026 1.7K 11
