تولید نخستین کامپیوتر کوانتومی تک اتمی

نارنجی: کامیپوتری کوانتومی که تنها از یک اتم فسفر به وجود آمده و درون یک چیپ از جنس سیلیکون قرار گرفته. این کاری است که یک تیم از مهندسان استرالیایی انجام داده اند. آنها اولین کیوبیت قابل استفاده بر روی چیپ های سیلیکونی را با بهره گیری از یک اتم فسفر تولید کرده اند. این محصول تولیدی بر اساس تحقیقات سال ۱۹۹۸ دکتر بروس کان، استاد دانشگاه نیوساوت ولز بنا شده است. این دانشمند در مقاله ای، نشان داد که اتم های فسفر این قابلیت را دارند که با معلق شدن در سیلیکون فوق خالص، برای تولید کیوبیت ها مورد استفاده قرار گیرند. سپس برای ۱۴ سال دانشگاه نیوساوت ولز مشغول کار بر روی این ایده و رویکرد شد، تا اینکه سرانجام تئوری را به عمل تبدیل کردند.

برای ساخت این کامپیوتر کوانتومی، دانشمندان استرالیایی دست به کار تولید یک ترانزیستور سیلیکونی شدند که آنقدر کوچک باشد تا الکترون ها بتوانند یکی پس از دیگری به تنهایی درون آن از سویی به سوی دیگر بروند. سپس یک اتم فسفر را درون لایه و بستر سیلیکونی، درست کنار ترانزیستور جای گذاری کردند. ترانزیستور هم تنها هنگامی اجازه عبور جریان الکتریسیته را می دهد که یک الکترون از اتم فسفر به جزیره میان ترانزیستور بپرد. و این نکته کلیدی داستان است. با کنترل الکترون های فسفر، مهندسان می توانند جریان الکتریسیته درون ترانزیستور را کنترل کنند.

برای کنترل الکترون های اتم فسفر، باید بتوانید اسپین (جهت) آنها را تغییر دهید. در این مورد هم آنها این کار را با استفاده از تاباندن اشعه کنترل شده ای از مایکرویو انجام دادند. هنگامی که اتم فسفر در حالت پایه و عادی خود است، ترانزیستور خاموش است و این همان ارزش عددی 0 در محاسبات کامپیوتری است. اما هنگامی که شعاع کوچکی از مایکرویو بر آن تابانده می شود، سمت و سو و اسپین الکترون ها تغییر می کند و یکی از آنها به درون ترانزیستور می جهد. این کار ترانزیستور را روشن کرده و نشان دهنده ارزش عددی 1 است.

البته قبل از این هم درباره کامپیوترهای کوانتومی و تولید کامپیوتر کوانتومی درون الماس توسط دانشگاه کالیفرنیای جنوبی نوشته بودیم؛ اما نکته مهم و جهش بزرگ شیوه تازه دانشگاه UNSW در استفاده از ترانزیستور کوانتومی بر پایه همان چیپ های سیلیکون معمول است. در واقع این محققان توانسته اند به خوبی از دستاوردهای ۶۰ ساله در زمینه تحقیقات الکترونیک بر پایه سیلیکون و میلیاردها دلار هزینه صورت گرفته در این راه به خوبی سواری بگیرند و دورنمای پویاتر و قابل قبول تری را برای محاسبات کوانتومی رقم بزنند. اکنون می توانیم باور کنیم که اعتقاد به ظهور تجاری کامپیوترهای کوانتومی در چند سال آینده، کاملا به جا و منطقی خواهد بود.