🟠کیوبیت‌های اسپین هسته‌ای با همدوسی چندثانیه‌ای روی تراشه

🔹پژوهشگرانی از دانشگاه پاریس-ساکلی، دانشگاه چینی هنگ‌کنگ و مؤسسات همکار یک بستر جدید محاسبات کوانتومی حالت‌جامد مبتنی بر اسپین‌های هسته‌ای منفرد را معرفی کرده‌اند که نتایج آن در Nature Physics منتشر شده است.

🔸این سیستم از اسپین هسته‌ای ایزوتوپ تنگستن-۱۸۳ (¹⁸³W) درون یک بلور تنگستات کلسیم (CaWO₄) به‌عنوان کیوبیت استفاده می‌کند و به زمان‌های همدوسی در حد چند ثانیه دست می‌یابد؛ مقادیر همدوسی که در میان کیوبیت‌های حالت‌جامد از طولانی‌ترین‌ها محسوب می‌شوند، در حالی که این سیستم به‌طور کامل با مدارهای کوانتومی ابررسانا سازگار است.

🔹نوآوری اصلی این کار، یک #معماری_هیبریدی اسپین هسته‌ای–الکترونی است که محدودیت ذاتی حساسیت در روش‌های متداول #رزونانس_مغناطیسی_هسته‌ای (NMR) و رزونانس اسپین الکترونی (ESR) را برطرف می‌کند؛ روش‌هایی که معمولاً به مجموعه‌های ماکروسکوپی با حدود ۱۰¹⁵ اسپین نیاز دارند.

🔸هر اسپین هسته‌ای ¹⁸³W در نزدیکی یک یون خاکی کمیاب Er³⁺ قرار دارد که دارای اسپین الکترونی جفت‌نشده است. از آنجا که اسپین‌های الکترونی کوپل بسیار قوی‌تری با میدان‌های الکترومغناطیسی دارند، این اسپین‌ها نقش یک کیوبیت کمکی (ancilla) را ایفا کرده و به‌عنوان تقویت‌کننده و رابط خوانش موثر برای اسپین هسته‌ای عمل می‌کنند.

🔹بلور CaWO₄ مستقیماً بر روی یک رزوناتور مایکروویوی ابررسانا که روی تراشه الگوگذاری شده است، قرار داده شده و کل سیستم در یک یخچال رقیق‌سازی تا دماهای چند میلی‌کلوین سرد می‌شود.

🔸کوپل کردن اسپین‌های الکترونی Er³⁺ به این رزوناتور، همراه با آشکارسازی مایکروویوی در حد نویز کوانتومی، امکان خوانش تک‌بار (single-shot) و غیرتخریبی کوانتومی (QND) اسپین‌های هسته‌ای منفرد را تنها از طریق برهم‌کنش‌های مغناطیسی فراهم می‌کند؛ بدون نیاز به گذارهای نوری یا انتقال بار الکتریکی.

🔹یه بطور کلی، با استفاده از این بستر، پژوهشگران موفق به نمایش موارد زیر شدند:

🔻کیوبیت‌های اسپین هسته‌ای منفرد با زمان همدوسی در حد چند ثانیه

🔻گیت های تک‌کیوبیتی و دوکیوبیتی که صرفاً با سیگنال‌های مایکروویوی پیاده‌سازی می‌شوند

🔻خوانش با فیدلیتی بالا و ایجاد حالت‌های بل درهم‌تنیده با طول عمر بیش از یک ثانیه

🔸این دستاورد، اسپین‌های هسته‌ای در جامدات را به‌عنوان کیوبیت‌هایی عملی و بسیار پایدار تثبیت می‌کند و مسیرهای تازه‌ای را به‌سوی معماری‌های هیبریدی محاسبات کوانتومی و طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی فوق‌حساس در مقیاس تک‌اسپین می‌گشاید.

📎لینک خبر
‼️لینک مقاله

🔸🔸🔸🔸🔸🔸
🔗 Website
🔗 Telegram
🔗 LinkedIn

#اخبار #محاسبات_کوانتومی #کیوبیت_اسپینی