सिलिकॉन चिप्सच्या आत संशोधक अणू एकमेकांशी बोलतात: अभ्यास

6

वॉशिंग्टन डीसी [US]22 सप्टेंबर (एएनआय): स्केलेबल क्वांटम संगणकांचा दरवाजा उघडून सिलिकॉन चिप्समध्ये अणु न्यूक्लीला “चर्चा” कशी करावी हे अभियंत्यांनी शोधले.

साउथ वेल्स युनिव्हर्सिटी (यूएनएसडब्ल्यू) मधील संशोधकांना इलेक्ट्रॉनद्वारे अणु न्यूक्लीशी संवाद साधण्याचा एक मार्ग सापडला आहे, ज्यामुळे त्यांना आजच्या संगणक चिप्समध्ये वापरल्या जाणार्‍या स्केलमध्ये अडकण्याची परवानगी मिळते. ही ब्रेकथ्रू स्केलेबल, सिलिकॉन-आधारित क्वांटम कंप्यूटिंग वास्तविकतेच्या अगदी जवळ आणते.

यूएनएसडब्ल्यू अभियंत्यांनी क्वांटम कंप्यूटिंगमध्ये महत्त्वपूर्ण प्रगती केली आहे: त्यांनी ‘क्वांटम अडकलेल्या राज्ये’ तयार केली – जिथे दोन स्वतंत्र कण इतके खोलवर जोडले गेले आहेत की ते यापुढे स्वतंत्रपणे वागत नाहीत – दोन अणु न्यूक्लीच्या स्पिनचा वापर करून.

अशा प्रकारच्या अडचणी ही एक महत्त्वाची संसाधन आहे जी क्वांटम संगणकांना पारंपारिक गोष्टींवर त्यांची धार देते.

हे संशोधन १ September सप्टेंबर रोजी विज्ञान जर्नलमध्ये प्रकाशित झाले होते आणि मोठ्या प्रमाणात क्वांटम संगणक तयार करण्याच्या दिशेने हे एक महत्त्वाचे पाऊल आहे-21 व्या शतकातील सर्वात रोमांचक वैज्ञानिक आणि तांत्रिक आव्हानांपैकी एक.

आघाडीचे लेखक डॉ. होली स्टेम्प म्हणतात की या कर्तृत्वामुळे विद्यमान तंत्रज्ञान आणि उत्पादन प्रक्रियेचा वापर करून क्वांटम संगणनासाठी आवश्यक असलेल्या भविष्यातील मायक्रोचिप्स तयार करण्याची क्षमता अनलॉक करते.

ती म्हणाली, “आम्ही सर्वात स्वच्छ, सर्वात वेगळ्या क्वांटम ऑब्जेक्ट्स एकमेकांशी बोलण्यात यशस्वी झालो, ज्या प्रमाणात मानक सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे सध्या बनावट आहेत,” ती म्हणते.

क्वांटम संगणक अभियंत्यांना सामोरे जाण्याचे आव्हान म्हणजे दोन विरोधी गरजा संतुलित करणे: बाह्य हस्तक्षेप आणि आवाजापासून संगणकीय घटकांचे संरक्षण करणे, तरीही अर्थपूर्ण संगणनासाठी संवाद साधण्यास सक्षम करते.

म्हणूनच प्रथम ऑपरेटिंग क्वांटम संगणक म्हणून शर्यतीत अजूनही बरेच प्रकारचे हार्डवेअर आहेत: काही वेगवान ऑपरेशन्स करण्यासाठी खूप चांगले आहेत, परंतु आवाजाने ग्रस्त आहेत; इतर आवाजापासून चांगले रक्षण करतात, परंतु ऑपरेट करणे आणि स्केल अप करणे कठीण आहे.

यूएनएसडब्ल्यू टीमने एका व्यासपीठावर गुंतवणूक केली आहे जी – आजपर्यंत – दुसर्‍या शिबिरात ठेवली जाऊ शकते. क्वांटम माहिती एन्कोड करण्यासाठी त्यांनी सिलिकॉन चिपमध्ये रोपण केलेल्या फॉस्फरस अणूंचा अणु फिरकी वापरला आहे.

“अणु न्यूक्लियसची फिरकी सर्वात स्वच्छ, सर्वात वेगळी क्वांटम ऑब्जेक्ट आहे ज्याला घन राज्यात सापडते,” असे सायंटिया प्रोफेसर अँड्रिया मोरेल्लो, यूएनएसडब्ल्यू स्कूल ऑफ इलेक्ट्रिकल इंजिनिअरिंग अँड टेलिकम्युनिकेशन्स म्हणतात.

“गेल्या १ years वर्षात, आमच्या गटाने सर्व प्रगती सुरू केली ज्यामुळे हे तंत्रज्ञान क्वांटम कंप्यूटिंग रेसमध्ये वास्तविक दावेदार बनले. आम्ही आधीच हे सिद्ध केले आहे की आम्ही क्वांटम वर्ल्डमध्ये 30 सेकंदांपेक्षा जास्त क्वांटम माहिती ठेवू शकतो – आणि 1% पेक्षा कमी त्रुटींसह क्वांटम लॉजिक ऑपरेशन्स करतो,” मोरेलो म्हणाले.

मोरेल्लो म्हणाले, “सिलिकॉन डिव्हाइसमध्ये हे साध्य करणारे आम्ही जगातील पहिले होते, परंतु हे सर्व एका किंमतीवर आले: अणु न्यूक्लिय इतके स्वच्छ करणारे समान अलगाव त्यांना मोठ्या प्रमाणात क्वांटम प्रोसेसरमध्ये एकत्र जोडणे कठीण करते,” मोरेल्लो यांनी जोडले.

आतापर्यंत, एकाधिक अणु न्यूक्लीई ऑपरेट करण्याचा एकमेव मार्ग म्हणजे त्यांच्यासाठी एका घन आत अगदी जवळ ठेवणे आणि एक आणि त्याच इलेक्ट्रॉनच्या सभोवताल असणे.

“बहुतेक लोक इलेक्ट्रॉनचा सर्वात लहान सबॅटोमिक कण म्हणून विचार करतात, परंतु क्वांटम फिजिक्स आपल्याला सांगतात की त्यात जागेत ‘पसरण्याची क्षमता’ आहे, जेणेकरून ते एकाधिक अणु न्यूक्लीशी संवाद साधू शकेल,” असे डॉ. होली स्टेम्प म्हणतात, ज्यांनी हे संशोधन यूएनएसडब्ल्यू येथे केले आणि आता बोस्टनमधील एमआयटी येथे पोस्टडॉक्टोरल रिसर्चर आहे.

“तरीही, इलेक्ट्रॉन ज्या श्रेणीवर पसरू शकतो त्या श्रेणीमध्ये बरेच मर्यादित आहे. शिवाय, त्याच इलेक्ट्रॉनमध्ये अधिक न्यूक्ली जोडणे प्रत्येक न्यूक्लियस स्वतंत्रपणे नियंत्रित करणे खूप आव्हानात्मक आहे,” डॉ होली म्हणाले.

डॉ. होली म्हणतात, “रूपकाच्या मार्गाने असे म्हणता येईल की आतापर्यंत न्यूक्ली साउंड-प्रूफ रूममध्ये ठेवलेल्या लोकांसारखे होते,” डॉ होली म्हणतात.

ती पुढे म्हणाली, “जोपर्यंत ते सर्व एकाच खोलीत आहेत तोपर्यंत ते एकमेकांशी बोलू शकतात आणि संभाषणे खरोखर स्पष्ट आहेत. परंतु त्यांना बाहेरून काहीही ऐकू येत नाही आणि खोलीत बसू शकणारे असे बरेच लोक आहेत. संभाषणाची ही पद्धत ‘स्केल’ नाही,”

“या यशस्वीतेमुळे, जणू काही आम्ही लोकांना इतर खोल्यांशी संवाद साधण्यासाठी दूरध्वनी दिली आहे. सर्व खोल्या अजूनही आतल्या बाजूस छान आणि शांत आहेत, परंतु आता आम्ही बरेच लोक यांच्यात संभाषण करू शकतो, जरी ते खूप दूर असले तरीही.”

‘टेलिफोन’ खरं तर इलेक्ट्रॉन आहेत. पेपरवरील आणखी एक लेखक मार्क व्हॅन ब्लँकन्स्टाईन उप-अणु स्तरावर खरोखर काय चालले आहे ते स्पष्ट करते.

“अंतराळात पसरण्याच्या त्यांच्या क्षमतेमुळे, दोन इलेक्ट्रॉन काही अंतरावर एकमेकांना स्पर्श करू शकतात. आणि जर प्रत्येक इलेक्ट्रॉन थेट अणु न्यूक्लियसमध्ये जोडला गेला तर न्यूक्ली त्याद्वारे संप्रेषण करू शकते.”

डॉ. स्टेम्प म्हणतात, “आमच्या केंद्रकांमधील अंतर सुमारे 20 नॅनोमीटर होते – मानवी केसांच्या रुंदीच्या एक हजारवा,” डॉ स्टेम्प म्हणतात.

“हे फारसे वाटत नाही, परंतु याचा विचार करा: जर आपण प्रत्येक न्यूक्लियसला एखाद्या व्यक्तीच्या आकारात मोजले तर सिडनी आणि बोस्टन यांच्यात न्यूक्ली दरम्यानचे अंतर समान असेल!” डीआर स्टेम्प जोडले.

ती पुढे म्हणाली की 20 नॅनोमीटर हे स्केल आहे ज्यावर आधुनिक सिलिकॉन संगणक चिप्स नियमितपणे वैयक्तिक संगणक आणि मोबाइल फोनमध्ये कार्य करण्यासाठी तयार केल्या जातात.

प्रयोगांचे विदेशी स्वरूप असूनही, संशोधकांचे म्हणणे आहे की ही उपकरणे सध्याच्या सर्व संगणक चिप्स ज्या प्रकारे तयार केल्या जातात त्याशी मूलभूतपणे सुसंगत आहेत. जपानमधील कीओ युनिव्हर्सिटीमध्ये प्रोफेसर कोहे इटाह यांनी पुरविलेल्या अल्ट्रा-प्युर सिलिकॉन स्लॅबचा वापर करून मेलबर्न विद्यापीठातील प्रोफेसर डेव्हिड जेमीसनच्या टीमने चिपमध्ये फॉस्फरस अणूंची ओळख करुन दिली.

अणु न्यूक्लियांना त्याच इलेक्ट्रॉनशी जोडण्याची गरज दूर करून, यूएनएसडब्ल्यू टीमने अणु न्यूक्लीच्या आधारावर सिलिकॉन क्वांटम संगणकांच्या स्केल-अपपर्यंत सर्वात मोठा अडथळा बाजूला ठेवला आहे. (Ani)

(हा लेख सिंडिकेटेड फीडद्वारे प्रकाशित केला गेला आहे. मथळा वगळता, सामग्री शब्दशः प्रकाशित केली गेली आहे. उत्तरदायित्व मूळ प्रकाशकासह आहे.)