سیلیکون خالصترین جهان کلید ساخت تراشههای کوانتومی با یک میلیون کیوبیت, تیم پژوهشی دانشگاه منچستر با موفقیت در تولید خالصترین نمونه سیلیکون تا به امروز دست یافته است. این پیشرفت علمی، موانع اصلی مقیاسپذیری در سختافزار محاسبات کوانتومی را برطرف کرده و مسیر ساخت پردازندههایی با ظرفیت یک میلیون کیوبیت را هموار میسازد. چرا سیلیکون خالص برای آینده محاسبات کوانتومی حیاتی است؟
برخلاف کامپیوترهای کلاسیک که از بیتهای باینری (صفر و یک) استفاده میکنند، سیستمهای کوانتومی بر پایه کیوبیتها کار میکنند. کیوبیتها از ویژگی همدوسی بهره میبرند تا هر دو حالت را بهصورت همزمان پردازش کنند. با این حال، پایداری این حالتهای کوانتومی بسیار شکننده است و کمترین ناخالصی در بستر فیزیکی میتواند باعث دکوهرانس (از بین رفتن حالت کوانتومی) شود.
محققان در مقالهای منتشرشده در نشریه نیچر و گزارش شده توسط لایو ساینس نشان دادهاند که حذف ایزوتوپهای ناخالص در سیلیکون طبیعی، نویز کوانتومی را بهصورت چشمگیری کاهش میدهد.
مزیت رقابتی سیلیکون-۲۸ در برابر ابررساناها اکثریت پردازندههای کوانتومی فعلی از فلزات ابررسانا مانند تانتالم و نیوبیم بهره میبرند. اگرچه این مواد رسانایی کامل دارند، اما چالشهای جدی در یکپارچهسازی، ابعاد و هزینه تولید ایجاد میکنند.
سیلیکون خالص به عنوان نیمهرسانا، سه مزیت استراتژیک ارائه میدهد سازگاری کامل با خطوط تولید CMOS موجود در صنعت تراشهسازی ابعاد نانومتری کیوبیتها که تراکم یک میلیون واحد در تراشه را ممکن میسازد عملکرد در دماهای بالاتر نسبت به کیوبیتهای ابررسانایی فرآیند خلاصسازی از سیلیکون طبیعی تا سیلیکون طبیعی ترکیبی از سه ایزوتوپ، و است.
وجود هستههای اتمی با اسپین هستهای غیرصفر، منبع اصلی نویز مغناطیسی و اختلال در کیوبیتهای اسپینمحور است. دانشمندان با توسعه تکنیکهای پیشرفته جداسازی ایزوتوپی، توانستهاند سیلیکون را تا حد ۹۹.۹۹۹۹٪ خالص (فقط ) برسازند.
ترین پردازندههای کوانتومی کنونی حدود ۱۰۰۰ کیوبیت فیزیکی دارند.
رسیدن به آستانه یک میلیون کیوبیت — که برای اصلاح خطا و اجرای الگوریتمهای کاربردی ضروری است — نیازمند بستر موادی است که هم نویز کم داشته باشد و هم قابل تولید انبوه باشد. سیلیکون خالص این دو شرط را همزمان برآورده میکند. رهبر تیم تحقیقاتی این پیشرفت را آجر بنیادین برای معماری مقیاسپذیر کوانتومی توصیف کرد که پتانسیل متحول کردن محاسبات علمی، رمزنگاری و کشف دارو را دارد.
