🟠امواج صوتی، هم حامل و هم نگهبان اطلاعات کوانتومی

‼️پژوهشگران دانشکده مهندسی و علوم کاربردی #هاروارد روشی تازه برای محافظت از اطلاعات کوانتومی شکننده ارائه کرده‌اند که تنها بر پایه ارتعاشات مکانیکی، یعنی امواج صوتی بسیار کوچک، استوار است.

🔹این دستاورد از نتایج پژوهشهای آزمایشگاه دکتر Marko Lončar به دست آمده و مسیری به سوی شبکه‌های کوانتومی صوتی فشرده روی تراشه و سیستم‌های کوانتومی ترکیبی (سامانه‌هایی که چند نوع کیوبیت متفاوت را با هم به کار می‌گیرند) می‌گشاید. نتایج در Nature Physics منتشر شده و آزمایش‌ها به سرپرستی الیزا کورنل و ژوجینگ شو انجام شده است.

🔸در این سامانه، از #اسپین الکترونِ وابسته به یک ناخالصی در #الماس به‌عنوان #حافظه_کوانتومی و از امواج صوتی، یا دقیق‌تر ذرات صوتی به نام فونون، به‌عنوان حامل اطلاعات میان گره‌های کیوبیتی استفاده می‌شود. آزمایشگاه Lončar پیش‌تر یک محفظه کیوبیت به نام کاواک فونونی (phononic cavity: ساختاری که ارتعاشات را به دام می‌اندازد تا با اسپین الکترون برهم‌کنش کنند) توسعه داده بود.

🔹فونون‌ها در مقیاس تراشه چند مزیت نسبت به نور دارند: در بسامد معین، طول موج فونون بسیار کوتاه‌تر از طول موج نور است و بنابراین قطعاتی با ابعاد بسیار کوچک‌تر و یکپارچگی متراکم‌تر ممکن می‌شود؛ همچنین فونون‌ها به‌راحتی هم با اسپین‌های حالت جامد و هم با میدان‌های الکترومغناطیسی جفت می‌شوند و برای سیستم‌های ترکیبی جذاب‌اند.

🔸اما چالش اصلی فونون‌ها حافظه است: حافظه‌های کوانتومی باید از محیط خود محافظت شوند تا همدوسی آن‌ها افزایش یابد، و روش‌های موجود که بر پالس‌های مایکروویو برای جداسازی حافظه از محیط تکیه می‌کنند، روی کیوبیت‌های داخل کاواک‌های فونونی خوب کار نمی‌کنند.

🔹پژوهشگران این گلوگاه را با نمایش محافظت تمام‌مکانیکی همدوسی برای یک اسپین #سیلیکون_تهی‌جای ( نقص نقطه‌ای در الماس متشکل از یک اتم سیلیکون در کنار یک جای خالی در شبکه کربنی) در الماس برطرف کردند. به‌جای پالس‌های مایکروویو سنتی، آن‌ها یک میدان محرک مکانیکی پیوسته از فونون‌ها اعمال کردند تا کیوبیت را به حالتی متفاوت به نام کیوبیت «پوشیده» (dressed qubit: کیوبیتی که با یک میدان پیوسته آکوستیکی پوشانده شده و نسبت به نویز کم‌بسامد محیط کم‌حساس‌تر است) تبدیل کنند.

🔸این حالت‌ها چون یک میدان آکوستیکی پیوسته را «به تن دارند»، به نویز کم‌بسامد محیط حساسیت کمتری دارند. از آنجا که همدوسی اسپین با یک میدان مکانیکی پیوسته و سازگار با حفره‌های فونونی محافظت می‌شود، این روش در همان ساختارهایی طراحی شده که در نهایت برای اتصال گره‌های ثابت یک شبکه کوانتومی به کار می‌رود؛ بنابراین فونون‌ها در چنین شبکه‌ای دو وظیفه هم‌زمان دارند: انتقال اطلاعات کوانتومی و محافظت از آن.

🔹الیزا کورنل اشاره می‌کند: «ما دو مسئله را حل می‌کنیم؛ می‌خواهیم اسپین برهم‌کنش قوی با فونون‌ها داشته باشد و می‌خواهیم زمان همدوسی طولانی داشته باشد. مقاله ما روشی برای افزایش زمان همدوسی نشان می‌دهد که با قرار داشتن مرکز سیلیکون-تهی‌جای در حفره سازگار است.»

🎖با این روش، تیم زمان همدوسی اسپین سیلیکون-تهی‌جای را حدود سه برابر افزایش داد و نشان داد که سرکوب نویز مکانیکی با موج پیوسته می‌تواند در قطعات واقعی، همدوسی کوانتومی را طولانی‌تر کند.

‼️لینک مقاله چاپ شده در Nature Physics
📎لینک خبر

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

#اخبار #اسپین_کوانتومی #سیلیکون_تهی‌جای