माइक्रोचिप्स का उपयोग करके क्वांटम कंप्यूटिंग लाता है एक कदम करीब

एक साधारण माइक्रोचिप में ट्रांजिस्टर के रूप में बहुत कुछ उसी तरह से नियंत्रित करना।

 "यह अविश्वसनीय रूप से महत्वपूर्ण है," एक निजी शोध कंपनी एचआरएल लैबोरेटरीज एलएलसी के एक शोध भौतिक विज्ञानी थैडियस लैड कहते हैं।  "यह संभवतः सिलिकॉन में परमाणु qubits के लिए खेल को बदल सकता है।"

 एक साधारण कंप्यूटर 1 से 0 तक बिट्स को फ़्लिप करता है और फिर से वापस करता है।  एक क्वांटम कंप्यूटर क्वैब को नियोजित करता है जिसे 0, 1 पर सेट किया जा सकता है, या एक ही समय में क्वांटम यांत्रिकी, 0 और 1 के विचित्र नियमों के लिए धन्यवाद।  यह क्वांटम कंप्यूटर को एक साथ बड़ी संख्या में इनपुट को क्रंच करने में सक्षम बनाता है, यही एक कारण है कि एक बड़े व्यक्ति को कुछ प्रकार की जटिल समस्याओं को हल करने में सक्षम होना चाहिए जो किसी भी पारंपरिक कंप्यूटर को स्वाइप करेंगे।  पिछले साल, Google के शोधकर्ताओं ने दावा किया कि उनके छोटे क्वांटम कंप्यूटर ने एक असामान्य गणना की, जिसने पारंपरिक सुपर कंप्यूटर सहस्राब्दी लिया होगा।
फिर भी, यह स्पष्ट है कि कई प्रकार की क्वेट में से कौन सी सबसे अच्छी है।  Google की मशीन में 53 में से प्रत्येक में सुपरकंडक्टिंग धातु का एक छोटा सर्किट होता है जिसमें दो सेटिंग्स होती हैं या विभिन्न ऊर्जाओं के साथ "राज्य" होती हैं।  माइक्रोवेव के साथ इसे गुदगुदी करके, प्रत्येक सर्किट को एक राज्य, दूसरे या दोनों में सेट किया जा सकता है।  हालाँकि, क्विब्ब को एक जीरो कंट्रासेप्शन में निरपेक्ष शून्य तापमान पर चलना चाहिए, जिसे कमजोर पड़ने वाला रेफ्रिजरेटर कहा जाता है, जो फोन बूथ के आकार के बारे में है।  Google के शोधकर्ताओं को लगता है कि वे एक कमजोर पड़ने वाले फ्रिज में लगभग 1000 qubits फिट कर सकते हैं।  एक पूर्ण क्वांटम कंप्यूटर जिसमें लाखों की संख्या में क्वांटम कंप्यूटर हो सकता है, फिर उसे हज़ारों इंटरकनेक्टेड डाइजेशन रेफ्रिजरेटर की आवश्यकता होती है।

 1998 में, मैरीलैंड विश्वविद्यालय, कॉलेज पार्क में एक गाढ़ा पदार्थ भौतिक विज्ञानी ब्रूस केन ने सिलिकॉन में एम्बेडेड व्यक्तिगत फास्फोरस परमाणुओं के साथ एक अधिक कॉम्पैक्ट तकनीक के बारे में सोचा और एक चुंबकीय क्षेत्र में रखा।  प्रत्येक फॉस्फोरस नाभिक एक शीर्ष की तरह घूमता है, और एक दोलनशील चुंबकीय क्षेत्र के साथ, शोधकर्ता इसे उसी दिशा में स्पिन करने के लिए सहवास कर सकते हैं जैसे कि क्षेत्र, विपरीत तरीका, या दोनों तरीकों से एक ही बार में, यह एक qubit बना।  नाजुक स्पिन राज्य लगभग 1 सेकंड तक चलेगा, और सिद्धांत रूप में, शोधकर्ता एक एकल सिलिकॉन माइक्रोचिप पर लाखों बटुए डाल सकते हैं।

 लेकिन यह तकनीक सुपरकंडक्टिंग क्विबिट्स से पीछे है।  एक कठिनाई चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक एकल नाभिक को संबोधित करने में आती है क्योंकि क्षेत्र पड़ोसी नाभिक के साथ अधिक फैलता है और गड़बड़ करता है।  अब, एंड्रिया मोरेलो, न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालय (UNSW), सिडनी में एक क्वांटम इंजीनियर, और उनके सहयोगियों ने एक अधिक प्रबंधन योग्य विद्युत क्षेत्र के साथ इस तरह के नाभिक को नियंत्रित करने का एक तरीका खोज लिया है, वे आज नेचर में रिपोर्ट करते हैं।

 मोरेलो और उनके सहयोगियों ने सिलिकॉन में एम्बेडेड एक एंटीमनी नाभिक का अध्ययन किया।  बड़े एंटीमनी न्यूक्लियस में फॉस्फोरस की तुलना में अधिक स्पिन होता है।  इसलिए, एक चुंबकीय क्षेत्र में, इसकी दो मूल अवस्थाएं नहीं हैं, लेकिन आठ हैं, जो विपरीत दिशा में इंगित करने वाले क्षेत्र के समान दिशा में इंगित करने से लेकर हैं।

 इसके अलावा, नाभिक के भीतर विद्युत आवेश का वितरण भूमध्य रेखा की तुलना में ध्रुवों के आसपास अधिक आवेश के साथ समान नहीं होता है।  यह असमान आवेश वितरण अपने स्पिन और चुंबकत्व के अलावा नाभिक पर एक और हैंडल का प्रयोग करता है।  वे इसे एक दोलनशील विद्युत क्षेत्र के साथ पकड़ सकते हैं और इसे एक स्पिन अवस्था से दूसरे में या किसी भी दो के संयोजन में नियंत्रित कर सकते हैं।  शोधकर्ताओं ने एक साधारण इलेक्ट्रोड के साथ सही आवृत्ति के एक बिजली के क्षेत्र को लागू करने में यह सब लिया है।

 शोधकर्ताओं ने दुर्घटना से प्रभाव की खोज की, मोरेलो कहते हैं।  उन कारणों के लिए जिनका क्वांटम कंप्यूटिंग से कोई लेना-देना नहीं है, वे अध्ययन करना चाहते थे कि सिलिकॉन चिप में लगा एंटीमनी न्यूक्लियस चिप पर एक तार द्वारा उत्पन्न होने वाले चुंबकीय क्षेत्र के झटके पर कैसे प्रतिक्रिया देगा।  लेकिन तार पिघल गया और टूट गया, वर्तमान-ले जाने वाले तार को चार्ज-चार्ज इलेक्ट्रोड में बदल दिया जिसने इसके बजाय एक दोलन विद्युत क्षेत्र उत्पन्न किया।

 यह खोज और भी जटिल थी।  एक प्रभाव पैदा करने के लिए विद्युत क्षेत्र को दोलन करने के लिए, नाभिक को पहले असमान स्थिर विद्युत क्षेत्र में बैठना पड़ता था।  शोधकर्ताओं के लिए सौभाग्य से, यह असमान क्षेत्र स्वाभाविक रूप से एल्यूमीनियम से उत्पन्न सिलिकॉन में विकृति से उत्पन्न हुआ, इसकी सतह पर होता है जिसे चिप के रूप में अनुबंधित किया गया था, जो पूर्ण शून्य के पास इसके ऑपरेटिंग तापमान पर ठंडा हो गया था।

 UNSW के पोस्टडॉक सेरवान असद कहते हैं कि शोधकर्ताओं को यह पता लगाने में एक महीने का समय लगा कि क्या चल रहा है।  वे कहते हैं, "इससे अधिक समय के लिए मैं एक रिपोर्टर को स्वीकार करना चाहूंगा"।  मोरेलो का कहना है कि सिद्धांतकारों ने 1958 में भविष्यवाणी की थी कि एक बिजली का क्षेत्र एक नाभिक को फ्लिप कर सकता है, लेकिन किसी ने भी इसका अवलोकन नहीं किया था।

 वार्विक विश्वविद्यालय में एक क्वांटम भौतिक विज्ञानी गेविन मोर्ले के आठ अंतर्निहित राज्यों के रूप में एम्बेडेड एंटिमोनी नाभिक वास्तव में एक विचित्र नहीं है।  लेकिन यह ठीक है, वह कहते हैं, क्योंकि आठ राज्य वास्तव में तीन दो-राज्य qubits के बराबर हैं।  ऑल-इलेक्ट्रिक तकनीक का उपयोग अन्य नाभिकों को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है, वह कहते हैं, लेकिन फॉस्फोरस नहीं, क्योंकि इसका एक समान चार्ज वितरण है।

 केन का कहना है कि सिलिकॉन में न्यूक्लियर सफल होगा या नहीं, यह कहना जल्दबाजी होगी, क्योंकि शोधकर्ताओं का कहना है कि डिवाइस में उनमें से दो से अधिक को इकट्ठा करना मुश्किल है।  फिर भी, अग्रिम एक कॉम्पैक्ट क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए सिलिकॉन प्रौद्योगिकी के आकर्षण पर प्रकाश डालता है।  "जो हमारे छोटे क्षेत्र को वित्त पोषित रखता है," केन कहते हैं।  यदि एक सिलिकॉन-आधारित क्वांटम कंप्यूटर संभव है, तो यह अपरिहार्य हो सकता है, मॉर्ले कहते हैं।  "एक कहावत है कि अगर कुछ सिलिकॉन में किया जा सकता है, तो यह सिलिकॉन में किया जाएगा, सिर्फ इसलिए कि उद्योग इतना बड़ा है।"