به گزارش برنا، حافظه کوانتومی یا ذخیره‌سازی نور کوانتومی، تکنیکی است که فیزیکدانان بیش از دو دهه است برای تحقق آن در سیستم‌های مختلف ماده تلاش می‌کنند. این روش امکان نگاشت کنترل‌شده و برگشت‌پذیر فوتون‌ها روی حالت‌های پایدار و بلندمدت ماده را فراهم می‌کند. اما ذخیره‌سازی نور برای بازه‌های زمانی طولانی بدون کاهش بازده بازیابی آن، چالشی مهم است.
در سال‌های اخیر، عناصر نادر خاکی در مواد جامد و در دمای پایین، به عنوان گزینه‌های امیدوارکننده‌ای برای حافظه کوانتومی شناخته شده‌اند. در این میان، تیم تحقیقاتی دانشگاه ایلینوی با تمرکز بر کریستال NaEu (IO۳) ۴ که حاوی اروپیم است، خواص مطلوبی را برای این کاربرد گزارش کرده‌اند.
الیزابت گلدشمیت، استاد فیزیک و نویسنده همکار مقاله، در این باره گفت: حافظه‌های کلاسیک مانند آنچه برای ذخیره پیام‌های متنی استفاده می‌شود، نسبتاً ساده هستند، اما اطلاعات کوانتومی را نمی‌توان به همین شکل ذخیره، کپی یا نگهداری کرد. اگر بخواهم یک بیت کوانتومی را ارسال کنم، نمی‌توانم از آن کپی بگیرم یا به صورت محلی نگه دارم. پس از ارسال، آن اطلاعات از دست می‌رود و اگر در مسیر گم شود، دیگر قابل بازیابی نیست.
یکی از راه‌حل‌ها استفاده از عناصر نادر خاکی مانند اروپیم است که توانایی ذخیره‌سازی بلندمدت اطلاعات کوانتومی را دارد. فوتون‌ها هنگام ذخیره طولانی مدت معمولا تخریب می‌شوند، اما اروپیم قادر است فوتون‌ها را جذب و حفظ کند.
دانشمندان معمولا این عناصر را به صورت دوپ شده در کریستال‌ها وارد می‌کنند تا ذخیره‌سازی نور کوانتومی تسهیل شود. با این حال، کریستال‌های استوکیومتری یا بدون دوپینگ، به دلیل نداشتن ناخالصی عمدی، معمولاً دارای عیوب کمتری هستند.
با توجه به این ویژگی مهندسان دانشگاه ایلینوی تلاش کردند تا کریستالی با بیشترین میزان اروپیم، به صورت ساختاری و نه به عنوان دوپانت پراکنده بسازند. آنها پس از بررسی ادبیات علمی و ارزیابی کریستال‌های مختلف، به NaEu (IO۳) ۴ رسیدند؛ کریستالی لایه‌ای، پایدار در برابر شرایط محیطی و با پیوند‌های قوی که لایه‌های دوبعدی تشکیل می‌دهد.
اگر بتوان یک لایه منفرد از NaEu (IO۳) ۴ را جدا کرد، این امکان وجود دارد که آن را با چیپ فوتونیکی یکپارچه کنند که گامی مهم در جهت ساخت حافظه کوانتومی با عملکرد بالا محسوب می‌شود. البته رفتار اتم‌های اروپیم هنگام نزدیک بودن بیش از حد به یکدیگر تغییر می‌کند که این موضوع نیازمند شناسایی دقیق ویژگی‌های این ماده جدید و نوآورانه بود. یکی دیگر از مزایای این ماده، افزایش زمان ذخیره‌سازی است.
گلدشمیت بیان کرد: حافظه کوانتومی با زمان ذخیره میلی‌ثانیه یا بیشتر به ما این امکان را می‌دهد که حالت کوانتومی را برای مدت زمانی نگه داریم که برابر با زمان لازم برای ارتباط با هر نقطه دیگری روی زمین است.
ایکس امپایر بخر و سود کن!! با احراز فوری تا ۳۴۰۰۰ توکن هم جایزه بگیر!
تبلیغ
ایکس امپایر بخر و سود کن!! با احراز فوری تا ۳۴۰۰۰ توکن هم جایزه بگیر!
احراز فوری!
وی افزود: حداکثر زمان ارتباط با نقاط دیگر معمولاً چند ده میکروثانیه تا میلی‌ثانیه است؛ مثلاً ارسال سیگنال به ماهواره و بازگشت آن یا از طریق فیبر نوری که کره زمین را دور می‌زند. این همان بازه زمانی است که ما هدف قرار داده‌ایم.
تا کنون محققان دانشگاه ایلینوی موفق به ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی به مدت حدود ۸۰۰ نانوثانیه شده‌اند و در آینده قصد دارند زمان ذخیره‌سازی را افزایش داده و یک لایه منفرد از کریستال استوکیومتری خود را جداسازی کنند تا گامی به سوی ساخت حافظه کوانتومی بردارند.
دنیل شو میکر، استاد علم و مهندسی مواد و مسئول رشد کریستال‌ها در این پروژه گفت: سخت‌افزار‌های محاسباتی امروزی از همان کریستال‌ها و صفحات بلوری ساخته شده‌اند که در قرن گذشته توسعه یافتند. ما نمی‌دانیم قرن آینده چه چیزی برای حافظه کوانتومی به همراه خواهد داشت، اما می‌دانیم که این فناوری‌ها مبتنی بر رفتار الکترون‌ها روی اتم‌ها و یون‌های منفرد خواهند بود، مانند اروپیم موجود در مواد ما. در حال حاضر، در حال کشف نخستین مواد در این زمینه هستیم و این دوران بسیار هیجان‌انگیزی است.
این یافته‌ها در مجله Physical Review Letters منتشر شده است و نویدبخش پیشرفت‌های چشمگیر در حوزه فناوری‌های کوانتومی به ویژه حافظه‌های کوانتومی با زمان ذخیره طولانی‌تر است.
