فناوری متاسرفیس: هموارسازی مسیر ساخت کامپیوترهای کوانتومی با ۱۰۰ هزار کیوبیت
محققان کلمبیا با ترکیب تلههای نوری و متاسرفیسها، بیش از ۱۰۰۰ اتم را به دام انداختند و مسیری برای مقیاسپذیری تا رایانههای کوانتومی ۱۰۰ هزار کیوبیتی فراهم کردند.
دستاورد بزرگ در توسعه کامپیوترهای کوانتومی
فیزیکدانان دانشگاه کلمبیا با معرفی یک نوآوری کلیدی، یعنی ترکیب تلههای نوری و متاسرفیسها (فراسطوح)، موفق به به دام انداختن بیش از ۱۰۰۰ اتم شدند. این پیشرفت نقطه عطفی در حوزه محاسبات کوانتومی محسوب میشود و راه را برای ساخت رایانههای کوانتومی با ظرفیت بیش از ۱۰۰ هزار کیوبیت هموار میکند. “سباستین ویل”، یکی از فیزیکدانان این پروژه، اظهار داشت: “ما درحال ایجاد زیرساخت حیاتی برای تولید رایانههای کوانتومی با بیش از ۱۰۰ هزار کیوبیت هستیم.” این دستاورد بهطور خاص بر مقیاسپذیری آرایههای اتم خنثی تمرکز دارد که یکی از رویکردهای اصلی در توسعه سختافزار کوانتومی است.
برتری آرایههای اتم خنثی
یکی از مزایای اصلی استفاده از اتمهای خنثی به عنوان کیوبیتها، همسانی ذاتی آنهاست؛ هر اتم از نظر فیزیکی یکسان است، که این امر نیاز به تنظیم و همزمانسازی جداگانه هر کیوبیت را کاهش میدهد. این ویژگی یک برتری قابل توجه نسبت به سامانههای ساختگی مبتنی بر مدارهای ابررسانا یا نیمهرسانا، بهویژه در مقیاسهای بزرگ، ایجاد میکند. با این حال، چالش اصلی همواره یافتن روشی برای کنترل این اتمها در مقیاس بزرگ بوده است که فناوری تله نوری متاسرفیس میتواند این گلوگاه را برطرف سازد.
نقش کلیدی متاسرفیسها
متاسرفیسها در این پژوهش نقش حیاتی ایفا کردند. این ساختارهای نوری، که میتوان آنها را به برهمنهی دهها هزار عدسی تخت روی یک صفحه تشبیه کرد، با تابش پرتو لیزر میتوانند بهطور همزمان هزاران نقطه کانونی تولید کنند. این قابلیت، ساختارهای جایگذاری اتمها را بسیار کارآمدتر میسازد. در این مطالعه، اندازه هر پیکسل کمتر از ۲۰۰ نانومتر بود و متاسرفیسها توانستند ساختارهای دوبعدی بسیار یکنواختی از اتمهای استرانسیوم ایجاد کنند. این مواد (نیترید سیلیسیم و دیاکسید تیتانیوم) حتی توان تحمل شدت نوری بیش از ۲۰۰۰ وات بر میلیمترمربع را دارند.
- پژوهشگران موفق به به دام انداختن آرایهای منظم از ۱۰۰۰ اتم استرانسیوم شدند.
- این روش پتانسیل افزایش مقیاسپذیری به سیستمهایی با بیش از ۱۰۰ هزار اتم را دارد.
- متاسرفیسها با حذف تجهیزات حجیم مورد نیاز در روشهای سنتی، محدودیتهای فضایی را از بین بردند.
- محققان یک متاسرفیس با بیش از ۱۰۰ میلیون پیکسل ساختند که توانایی تولید آرایهای معادل ۳۶۰ هزار تله نوری را داشت.
- انعطافپذیری بالای این روش با ایجاد الگوهایی مانند “مجسمه آزادی” به نمایش گذاشته شد.
“متاسرفیسهای استفادهشده در این کار را میتوان برهمنهی دهها هزار عدسی تخت روی یک صفحه دانست که هرکدام نقطه کانونی متفاوتی دارند.”
“توان تحمل توان بالا در فراسطوح همراه با مقیاسپذیری بالای نانوفابریکیشن در اتاقهای تمیز که امکان تولید ادوات بزرگتر و دقیقتر را فراهم میکند، سازوکار ما را برای ساخت آرایههای تله نوری بسیار بزرگ منحصربهفرد کرده است.”
نتایج این پژوهش نشان میدهد که فناوری تله نوری متاسرفیس یک راهحل مقیاسپذیر و کارآمد برای بزرگترین چالشهای موجود در ساخت رایانههای کوانتومی عملیاتی، یعنی افزایش تعداد کیوبیتها، ارائه میدهد. گام بعدی تیم تحقیقاتی، تأمین لیزرهای پرتوانتر برای به دام انداختن تعداد اتمهای بیشتری خواهد بود.
