ابداع مواد مغناطیسی جدید برای توسعه رایانش کوانتومی
کنکوری: فیزیکدانان مواد مغناطیسی جدیدی را برای آزادسازی پتانسیل رایانش کوانتومی ایجاد می کنند.
به گزارش کنکوری به نقل از ایسنا و به نقل از اس ای، رفتار کوانتومی یک چیز عجیب و شکننده است که در لبه ی واقعیت، میان دنیای امکان و جهان مطلق معلق است. در این فضای مه آلود ریاضیاتی، پتانسیل رایانش کوانتومی نهفته است که توسعه دستگاه هایی را نوید می دهد که می توانند الگوریتم هایی را که پردازش آنها توسط کامپیوتر های کلاسیک بیش از اندازه طول می کشد، به سرعت پردازش کنند.
هم اکنون، کامپیوتر های کوانتومی در اتاق های خنک نزدیک به دمای صفر مطلق(منفی ۲۷۳ درجه سانتی گراد) مستقر می شوند، چونکه در آن، ذرات به ندرت از حالت های کوانتومی بحرانی خود خارج می شوند.
شکستن مانع دما برای توسعه موادی که خواص کوانتومی در دمای اتاق از خود نشان می دهند، مدت هاست که هدف رایانش کوانتومی است. بااینکه دماهای پایین به حفظ خواص ذرات کمک می کنند، اما حجم زیاد و هزینه تجهیزات، پتانسیل و توانایی آنها را برای افزایش مقیاس و استفاده عمومی محدود می کند.
حالا در یکی از تازه ترین تلاش ها، گروهی از پژوهشگران دانشگاه تگزاس ال پاسو، یک ماده رایانش کوانتومی بسیار مغناطیسی ساخته اند که مغناطیس خودرا در دمای اتاق حفظ می نماید و حاوی مواد معدنی کمیاب خاکی با تقاضای بالا نیز نیست.
احمد الجندی، نویسنده ارشد و فیزیکدان دانشگاه تگزاس ال پاسو می گوید: من واقعاً به مغناطیسی بودن آن شک داشتم، اما نتایج ما به وضوح رفتار ابرپارامغناطیس را نشان میدهد.
ابرپارامغناطیس(Superparamagnetism) یک شکل قابل کنترل از مغناطیس است که به سبب آن اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی، گشتاورهای مغناطیسی یک ماده را تراز و آنرا مغناطیسی می کند.
خاصیت پارامغناطیس خاصیتی است که در آن ماده، پذیرفتاری مغناطیسی مثبت اما کم دارد و در نتیجه الکترون های جفت نشده موجب تشدید میدان مغناطیسی در محیط دور و اطراف می گردند.
پارامغناطیس شکلی از خاصیت مغناطیسی مواد است که بواسطه آن تعدادی از مواد بوسیله میدان خارجی اعمال شده جذب می شوند. مواد پارامغناطیس شامل بیشتر عناصر شیمیایی و تعدادی از ترکیبات می شوند. آنها تراوایی مغناطیسی نسبی بزرگ تر یا مساوی با یک دارند و از همین رو توسط میدان مغناطیسی جذب می شوند. این مواد که به مقدار اندکی ازطریق یک میدان مغناطیسی جذب می شوند، بعد از قطع میدان، حالت مغناطیسی خودرا حفظ نمی کنند، برای اینکه با قطع میدان حرکت گرمایی سبب جهت گیری تصادفی اسپین ها می شود.
خاصیت های پارامغناطیس به سبب وجود تعدادی از الکترون های جفت نشده و آرایش جدید مسیرهای الکترونی است که به سبب میدان مغناطیسی خارجی به وجود می آیند.
آهنرباهای مولکولی مانند مواد توسعه یافته توسط الجندی و همکارانش به عنوان یکی از گزینه های ایجاد کیوبیت که واحد اصلی اطلاعات کوانتومی است، به میدان آمده اند.
آهنرباها در کامپیوتر های فعلی ما نیز استفاده می شوند و در راس اسپینترونیک -دستگاه هایی که از جهت اسپین الکترون علاوه بر بار الکترونیکی آن برای رمزگذاری داده ها استفاده می کنند- قرار دارند.
کامپیوتر های کوانتومی با مواد مغناطیسی که موجب ایجاد کیوبیت های اسپینی -جفت هایی از ذرات مانند الکترون ها که اسپین های جهت شان، هرچند لحظه ای، در سطح کوانتومی به هم مرتبط هستند- می شوند، می توانند در جایگاه بعدی قرار گیرند.
الجندی و همکارانش با آگاهی از تقاضا برای مواد معدنی کمیاب خاکی که در باتری ها استفاده می شوند، مخلوطی از مواد شناخته شده آمینوفروسن(aminoferrocene) و گرافن را آزمایش کردند.
تنها زمانی که پژوهشگران بجای افزودن همه اجزای مرکب به یک باره، مواد را در یک دنباله از مراحل ترکیب کردند، ماده، مغناطیسی بودن خودرا در دمای اتاق نشان داد.
پژوهشگران ترکیب متوالی آمینوفروسن را بین دو ورقه اکسید گرافن قرار دادند و ماده ای ۱۰۰ برابر مغناطیسی تر از آهن خالص تولید کردند. سپس آزمایش های بیشتر تأیید کرد که این ماده خواص مغناطیسی خودرا در دمای اتاق و بالاتر از آن نیز حفظ می نماید.
الجندی و همکارانش در مقاله انتشار یافته خود می نویسند: این یافته ها مسیرهای تازه ای را برای آهنرباهای مولکولی مرتبه دوربرد در دمای اتاق و پتانسیل آنها برای رایانش کوانتومی و کاربردهای ذخیره سازی داده باز می کند.
البته آزمایش های بیشتری روی این ماده جدید مورد نیاز است تا ببینیم آیا این نتایج در گروههای دیگر تکرار می شود یا خیر. اما پیشرفت دراین زمینه از آهنرباهای مولکولی دلگرم کننده است و گزینه امیدوارکننده دیگری برای ایجاد کیوبیت های پایدار ارائه می دهد.
در سال ۲۰۱۹، یوجینو کورونادو دانشمند مواد در دانشگاه والنسیا در اسپانیا نوشت: نقاط عطف به دست آمده در طراحی کیوبیت های اسپین مولکولی با زمان انسجام کوانتومی طولانی و در اجرای عملیات کوانتومی، انتظارات را جهت استفاده از کیوبیت های اسپین مولکولی در رایانش کوانتومی افزایش داده است.
ضمن این که در سال ۲۰۲۱، پژوهشگران یک ماده مغناطیسی بسیار نازک با ضخامت یک اتم را توسعه دادند که نه فقط می توان شدت مغناطیسی آنرا برای اهداف رایانش کوانتومی تنظیم کرد، بلکه در دمای اتاق نیز کار می کند.
این مطالعه جدید در مجله Applied Physics Letters انتشار یافته است.
منبع: konkoorist.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان کنکوری در مورد این مطلب
نظر شما در مورد این مطلب کنکوری
نام:
ایمیل:
نظر:
سوال:
= ۵ بعلاوه ۴