อนุภาคทั้งหมดมีลักษณะเหมือนคลื่น แต่ในชีวิตประจำวัน พฤติกรรมควอนตัมของพวกมันถูกซ่อนไว้เนื่องจากมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งรอบข้าง เช่น แรงโน้มถ่วง แม่เหล็กไฟฟ้า หรือความร้อน ปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวยังหมายความว่าระบบควอนตัมจะเข้าสู่พฤติกรรมแบบคลาสสิกอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการลดความเชื่อมโยง (deherence) เว้นแต่ว่าจะถูกแยกออกจากสภาพแวดล้อม
ขณะนี้
นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยชิคาโกได้พัฒนากลยุทธ์ง่ายๆ ที่ช่วยให้ระบบควอนตัมสามารถป้องกันการเสื่อมประสิทธิภาพได้นานขึ้น 10,000 เท่า เทคนิคนี้ซึ่งได้รับการทดสอบบนโซลิดสเตตคิวบิต (ควอนตัมบิต) ที่ทำจากข้อบกพร่องของซิลิคอนคาร์ไบด์ สามารถพัฒนาวิทยาศาสตร์ควอนตัมได้หลายด้าน
รวมถึงการคำนวณด้วยควอนตัม การสื่อสาร และการตรวจจับ การประมวลผลควอนตัมมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และในปี 2019 นักวิจัยของ Google ได้เปิดตัวโปรเซสเซอร์ควอนตัมพื้นฐานที่ทำงานบางอย่างได้เร็วกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั่วไป อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ
ปัญหาความไม่สอดคล้องกันซึ่งทำลายข้อมูลควอนตัมที่เก็บไว้ จะต้องเอาชนะก่อนที่อุปกรณ์ดังกล่าวจะแพร่หลายและสามารถจัดการกับปัญหาสำคัญในโลกแห่งความเป็นจริงได้ เนื่องจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานโดยใช้ความสามารถของอนุภาคควอนตัมในการซ้อนทับของสองสถานะขึ้นไปในเวลาเดียวกัน
และลักษณะที่เปราะบางของการวางซ้อนเหล่านี้ทำให้ง่ายต่อการทำลายและควบคุมได้ยาก จุดบกพร่องของซิลิคอนคาร์ไบด์ทีมนักวิจัยที่เพิ่งค้นพบว่าซิลิกอนคาร์ไบด์ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงนั้นโฮสต์ชี้ข้อบกพร่องที่อาจช่วยแก้ปัญหานี้ได้ ข้อบกพร่องดังกล่าว
น่าดึงดูดใจเนื่องจากเวลาในการคลายตัวของข้อบกพร่องนั้นนานกว่าเวลาที่ต้องใช้ในการดำเนินการเชิงตรรกะในตัวประมวลผลควอนตัมมาก แม้ในอุณหภูมิห้อง ข้อบกพร่องยังมีสถานะการหมุนของอิเล็กตรอนที่สามารถควบคุมเป็น qubits และจัดการโดยใช้แสง ในงานก่อนหน้านี้ นักวิจัยได้ศึกษา
โครงสร้าง
ผลึกเฉพาะของซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เรียกว่า 4H-SiC ซึ่งมีข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่เรียกว่า ข้อบกพร่องเหล่านี้สอดคล้องกับอะตอมของซิลิคอนที่หายไปซึ่งอยู่ถัดจากอะตอมของคาร์บอนที่หายไปในโครงตาข่ายคริสตัลของวัสดุ และพวกมันก็คล้ายกับศูนย์ที่ว่างของไนโตรเจนในเพชร
(ซึ่งมีเวลาในการคลายตัวที่ยาวนานและถูกใช้เป็นคิวบิตที่สามารถควบคุมได้โดย แสงที่อุณหภูมิห้อง) ข้อบกพร่องทั้งสองประเภทก่อให้เกิดระบบหลายอิเล็กตรอนที่มีโมเมนตัมเชิงมุมสุทธิหรือสปิน ซึ่งสามารถจัดแนวขนาน (“1”) หรือตรงกันข้าม (“0”) กับสนามแม่เหล็กที่ใช้
เคล็ดลับใหม่นักวิจัยจากหลายกลุ่มได้สำรวจกลยุทธ์ต่างๆ เพื่อยืดเวลาความไม่สัมพันธ์กันของระบบนี้และระบบอื่นๆ วิธีการทั่วไปวิธีหนึ่งคือการแยกระบบออกจากสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง อีกเทคนิคหนึ่งคือการทำให้วัสดุทั้งหมดบริสุทธิ์ที่สุด ไม่มีงานใดที่ง่ายในทางปฏิบัติ และตอนนี้ และเพื่อนร่วมงานได้
คิดค้นโปรโตคอลที่แตกต่างออกไปมาก แทนที่จะพยายามกำจัดเสียงรบกวนในสภาพแวดล้อมของระบบเควิน เมียว ผู้ เขียนนำการศึกษากล่าวว่า เขาและเพื่อนร่วมงาน “หลอก” ระบบให้คิดว่าไม่มีเสียงรบกวน พวกเขาทำสิ่งนี้ได้โดยการใช้สนามแม่เหล็กสลับกับช่องว่าง 4H-SiC นอกเหนือไปจากพัลส์
แม่เหล็กไฟฟ้า (ในกรณีนี้คือสนามแม่เหล็กสั่นที่ความถี่ไมโครเวฟ) ที่ใช้ในการควบคุมสถานะการหมุนในระบบควอนตัม พัลส์เหล่านี้ทำให้การหมุน แกว่งไปมาระหว่างสถานะควิบิตสองสถานะ (ผ่านการสั่นพ้องของอิเล็กตรอน) และการสั่นนี้สามารถใช้เพื่อ “เขียน” ข้อมูลควอนตัมไปยังตัวอย่างได้
ทีมงานแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถหมุนสปินของอิเล็กตรอนในระบบได้อย่างรวดเร็วและช่วยให้สามารถ “ตัด” เสียงรบกวนรอบข้างได้ด้วยการปรับสนามแม่เหล็กเพิ่มเติมอย่างแม่นยำ “มันเหมือนกับการนั่งบนม้าหมุนที่มีผู้คนโห่ร้องรอบตัวคุณ” เหมียวอธิบาย “เมื่อรถหยุดนิ่ง คุณจะได้ยินอย่างสมบูรณ์
แต่ถ้าคุณหมุนเร็วๆ เสียงจะเบลอเป็นพื้นหลัง”การหย่าร้างไม่สนใจเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อมเทคนิคใหม่นี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถเพิ่มเวลาการคลายตัวของระบบเป็น 22 มิลลิวินาที ซึ่งยาวกว่าสี่ลำดับของขนาดที่ยาวกว่าที่จะเป็นโดยไม่มีการดัดแปลง และนานกว่าระบบสปินอิเล็กตรอนใดๆ ที่รายงานไว้ก่อน
หน้านี้
ทั้งนี้เนื่องจากระยะห่างระหว่าง 4H-SiC ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กสลับ สามารถ “เพิกเฉย” ความผันผวนของอุณหภูมิ การสั่นสะเทือนทางกายภาพ และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้เกือบทั้งหมด ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นความหายนะของการเชื่อมโยงกันของควอนตัม
จากข้อมูลแนวทางดังกล่าวสร้างเส้นทางสู่การเพิ่มจำนวนของ qubits ในโปรเซสเซอร์ควอนตัม “ควรทำให้การจัดเก็บข้อมูลควอนตัมในการหมุนของอิเล็กตรอนเป็นไปได้จริง” เขาอธิบาย “เวลาในการจัดเก็บที่นานขึ้นจะช่วยให้การทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้นในคอมพิวเตอร์ควอนตัม และทำให้ข้อมูลควอนตัม
นักวิจัยกล่าวว่าวิธีการของพวกเขายังสามารถทดสอบในระบบควอนตัมอื่น ๆ นอกเหนือจาก 4H-SiC เช่นควอนตัมบิตตัวนำยิ่งยวดและโครงสร้างควอนตัมโมเลกุล “มีผู้สมัครจำนวนมากสำหรับเทคโนโลยีควอนตัมที่ถูกผลักไสเพราะพวกเขาไม่สามารถรักษาการเชื่อมโยงกันของควอนตัมเป็นเวลานาน”
ในการแถลงข่าวที่ออกโดยมหาวิทยาลัยชิคาโก “สิ่งเหล่านั้นสามารถประเมินใหม่ได้ในตอนนี้ว่าเรามีวิธีนี้ในการปรับปรุงการเชื่อมโยงกันอย่างมาก” เขาเสริมส่วนที่ดีที่สุดคือ “มันง่ายอย่างเหลือเชื่อที่จะทำ วิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังนั้นซับซ้อน แต่ลอจิสติกส์ของการเพิ่มสนามแม่เหล็กสลับนั้นตรงไปตรงมามาก”ที่ส่งจากอุปกรณ์ที่ใช้สปินสามารถเดินทางในเครือข่ายได้ไกลขึ้น”
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
