สิ่งที่คุณต้องการสำหรับการคำนวณแบบควอนตัมที่อุณหภูมิห้องคือลูกเหม็น

งานวิจัยส่วนใหญ่ในปัจจุบันเกี่ยวกับการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมเกี่ยวข้องกับการทำงานที่อุณหภูมิต่ำมาก ความท้าทายในการทำให้มันใช้งานได้จริงมากขึ้นสำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวันคือการทำให้มันทำงานที่อุณหภูมิห้อง ความก้าวหน้าที่นี่มาจากการใช้วัสดุบางอย่างในชีวิตประจำวัน โดยมีรายละเอียดที่เผยแพร่ในวันนี้ใน Nature Communications คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ทั่วไปแสดงข้อมูลโดยใช้ระบบเลขฐานสองของบิตไม่ต่อเนื่อง ซึ่งแสดงเป็น 0 และ 1

คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ลำดับของควอนตัมบิตหรือคิวบิต พวกเขา

สามารถแสดงข้อมูลเป็น 0 หรือ 1 หรือชุดของสถานะใดๆ ระหว่าง 0 ถึง 1 หรือที่เรียกว่าการซ้อนทับควอนตัมของคิวบิตเหล่านั้น

การก้าวกระโดดครั้งนี้ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแก้ปัญหาได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปในปัจจุบัน

ทั้งหมดในการหมุน

อิเล็กตรอนมีประจุและสปิน – สปินเป็นตัวกำหนดว่าอะตอมจะสร้างสนามแม่เหล็กหรือไม่ สปินยังสามารถใช้เป็นควิบิตได้เนื่องจากสามารถผ่านการเปลี่ยนระหว่างสถานะควอนตัมสปินอัพและสปินดาวน์ ซึ่งแสดงด้วย 0 และ 1 ในแบบคลาสสิก

แต่สถานะการหมุนของอิเล็กตรอนจำเป็นต้องแข็งแกร่งต่อ “ความไม่สัมพันธ์กัน” นี่คือความไม่เป็นระเบียบของการหมุนของอิเล็กตรอนในระหว่างการซ้อนทับของควอนตัม ซึ่งส่งผลให้สูญเสียข้อมูล

อายุการใช้งานของการหมุนของอิเล็กตรอนได้รับผลกระทบจากการสั่นของแลตทิซในวัสดุและปฏิกิริยาแม่เหล็กที่อยู่ใกล้เคียง อายุการใช้งานการหมุนของอิเล็กตรอนที่ยาวนานเกินกว่า 100 นาโนวินาทีเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการคำนวณแบบควอนตัม

การทำให้วัสดุเย็นลงที่อุณหภูมิต่ำใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ -273C จะเพิ่มอายุการใช้งานของการหมุน การใช้วัสดุตัวนำที่บริสุทธิ์ด้วยแม่เหล็กก็เช่นกัน ดังนั้นอุปกรณ์ควอนตัมที่ใช้วัสดุหนักเชิงอะตอม เช่น ซิลิกอนหรือโลหะ จำเป็นต้องทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำใกล้ศูนย์สัมบูรณ์

มีการใช้วัสดุอื่นๆ เพื่อดำเนินการจัดการควอนตัมที่อุณหภูมิห้อง 

แต่วัสดุเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมไอโซโทป ซึ่งต้องใช้สิ่งอำนวยความสะดวกขนาดใหญ่ เช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และมีข้อจำกัดเกี่ยวกับความหนาแน่นของคิวบิต

มีการใช้โมเลกุล เช่น สารประกอบกลุ่มโลหะ-อินทรีย์ แต่ก็ต้องการอุณหภูมิต่ำและวิศวกรรมไอโซโทปเช่นกัน

มีการแลกเปลี่ยนที่ชัดเจนและชัดเจนที่จะต้องพิจารณาเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการนำระบบวัสดุ qubit มาใช้กับการคำนวณแบบควอนตัม

วัสดุตัวนำที่มีน้ำหนักอะตอมเบาซึ่งมีช่วงชีวิตการหมุนของอิเล็กตรอนที่ยาวนานเกิน 100 นาโนวินาทีที่อุณหภูมิห้องจะอนุญาตให้ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในทางปฏิบัติได้ วัสดุดังกล่าวจะรวมเอาลักษณะที่ดีที่สุดของโครงร่าง qubit ของวัสดุโซลิดสเตตในปัจจุบัน

ทำไมคุณต้องใช้ลูกเหม็น

เราได้แสดงให้เห็นว่าอายุการใช้งานการหมุนของอิเล็กตรอนแบบนำไฟฟ้าที่ยาวนานในวัสดุคล้ายโลหะที่ประกอบด้วยคาร์บอนนาโนสเฟียร์สามารถทำได้ที่อุณหภูมิห้อง

สารนี้ผลิตขึ้นง่ายๆ โดยการเผาแนฟทาลีน ซึ่งเป็นสารออกฤทธิ์ในลูกเหม็น

วัสดุนี้ถูกผลิตเป็นผงแข็งและจัดการในอากาศ จากนั้นสามารถกระจายตัวในตัวทำละลายเอทานอลและน้ำ หรือสะสมลงบนพื้นผิวเช่นแก้วโดยตรง เนื่องจากวัสดุมีความเป็นเนื้อเดียวกันอย่างน่าทึ่ง จึงสามารถทำการวัดบนผงของแข็งจำนวนมากได้

สิ่งนี้ช่วยให้เราบรรลุอายุการหมุนของอิเล็กตรอนเป็นประวัติการณ์ใหม่ที่ 175 นาโนวินาทีที่อุณหภูมิห้อง อาจฟังดูเหมือนไม่นาน แต่เกินข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับแอปพลิเคชันในควอนตัมคอมพิวติ้ง และยาวกว่าที่พบในกราฟีนประมาณ 100 เท่า

นี่อาจเป็นเพราะการเติมอิเลคตรอนนำไฟฟ้าในตัวเองของวัสดุและการกักขังเชิงพื้นที่ระดับนาโนเมตร โดยพื้นฐานแล้วหมายความว่าทรงกลมสามารถทำจากคาร์บอนได้ทั้งหมดในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ไว้

ตอนนี้งานของเราเปิดโอกาสให้สปินคิวบิตถูกจัดการในวัสดุตัวนำที่อุณหภูมิห้อง วิธีนี้ไม่ต้องการวิศวกรรมไอโซโทปใดๆ ของวัสดุโฮสต์ การเจือจางของโมเลกุลที่มีการหมุนวน หรืออุณหภูมิในการแช่แข็ง

โดยหลักการแล้วจะช่วยให้การบรรจุ qubits ที่มีความหนาแน่นสูงขึ้นสามารถทำได้เหนือ qubits ที่มีแนวโน้มอื่น ๆ เช่นที่ใช้ในซิลิคอน

ลดค่าใช้จ่าย

การเตรียมวัสดุคาร์บอนที่ง่ายมากนี้โดยใช้รีเอเจนต์ในห้องปฏิบัติการทั่วไป ช่วยลดอุปสรรคทางเทคโนโลยีหลายประการในการทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้งานได้จริง

ตัวอย่างเช่น ระบบทำความเย็นที่จำเป็นในการทำให้วัสดุเย็นลงจนเกือบเป็นศูนย์สัมบูรณ์อาจมีราคาสูงถึงหลายล้านดอลลาร์ และใช้พื้นที่ทางกายภาพเท่ากับห้องขนาดใหญ่

ในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม เราจะต้องแสดงให้เห็นว่า qubits สามารถผ่านการปรับแต่งที่เกี่ยวข้องกับการซ้อนทับของสถานะควอนตัม และสร้างควอนตัมลอจิกเกต (สวิตช์) ที่ใช้งานได้

ในงานของเรา เราได้แสดงให้เห็นถึงอดีตในขณะที่ทำให้คำถามหลังเป็นคำถามเกี่ยวกับวิศวกรรมมากกว่าวิทยาศาสตร์ที่ก้าวล้ำ ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างควอนตัมลอจิกเกต ซึ่งเป็นอุปกรณ์จริง

สิ่งที่น่าตื่นเต้นคือมีการเตรียมวัสดุในรูปแบบที่เหมาะสมสำหรับการประมวลผลอุปกรณ์ เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่านาโนสเฟียร์คาร์บอนที่นำไฟฟ้าแต่ละตัวสามารถแยกได้บนพื้นผิวซิลิกอน

โดยหลักการแล้ว นี่อาจเป็นช่องทางเริ่มต้นสำหรับนาโนสเฟียร์อาร์เรย์ที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งรวมเข้ากับเทคโนโลยีซิลิกอนที่มีอยู่หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ฟิล์มบาง

Credit : เว็บสล็อต