اطلاعات کوانتومی/کامپیوتر کوانتومی اسپین هسته با پایه سیلیسیم/مقدمه

ویکی‎کتاب، کتابخانهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
نانو ترانزیستورهای کوانتومی مقدمه آماده کردن کامپیوتر


برای رسیدن به هدف کامپیوتر کوانمی ۱۰۶ کوبیتی راههای متفاوتی پیشنهاد شده است. یکی از این‌ها رهیابت حالت جامداست که شاید موفقیت فوق‌العاده‌ای را در فناوری ساخت قطعات الکترونیکی مدرن به دست آمده است تکرار کند. رهیافت جذاب دیگری به محاسبه کوانتمی اسپین هسته‌ای، شرکت دادن اسپینهای هسته در ابزارهای الکترونیکی و آشکار کردن اسپینها و کنترل الکترونیکی برهم کنشهای آن هاست. اسپین الکترون و اسپین هسته با برهم‌کنش فوق ریز به هم جفت می‌شوند. تحت شرایط خاص، قطبش اسپینها به هم منتقل می‌شود و قطبش اسپین هسته از طریق اثر آن بر خواص الکترونیکی نمونه، آشکار می‌شود.

ابزارهای الکترونیکی‌یی ساخته شده است که هم قطبش اسپین هسته را به وجود می‌آورند و هم آن را آشکار می‌کنند. این‌ها در ساختارهای ناهمگون GaAs یاAlxGa1-xAs جاسازی می‌شوند و در دماهای کم به کار گرفته می‌شوند. ابزارهای مشابهی هم در نانوساختارها جاسازی شده‌اند. تعداد اسپینهای مورد بررسی، در نانوساختارها هم هنوز زیاد است (تقریباً ۱۰۱۱) اما در ابزارهای بهینه و نیز در سیستم‌هایی که برهم کنش فوق ریز بزرگتری دارند، حساسیت مرتباً بیشتر می‌شود.

در اینجا روشی ارائه می‌دهم که در آن کامپیوتر کوانتمی با آرایه‌ای از اسپینهای هسته، در اتمهای بخشنده در سیلیسیم، کار می‌کند. سیلیسیم همان نیمرسانایی است که در بیشتر کامپیوترهای الکترونیکی متعارف به کار می‌رود. عملهای منطقی و سنجشها را علی الاصول می‌توان به طور مستقل و به صورت موازی بر اسپینهای آرایه انجام داد.

ابزارهای الکترونیکی خاصی را توصیف خواهم کرد که برای کار با اسپینهای هسته و سنجش آنها لازم اند و ساخت آنها مستلزم پیشرفت‌های قابل توجهی در فناوری نانوساختارهاست، رشته‌ای که خود به سرعت پیش می‌رود. احتمالاً گسترش این ابزارها به مقیاسی که پرسکیل برای اندازه کامپیوتر پیشنهاد کرده است، چالش عظیمی خواهد بود، اما به هر حال کامپیوتر کوانتمی‌یی که بر پایه سیلیسیم بنا شده باشد، در موقعیتی قرار دارد که می‌تواند از ذخایر و نبوغی که برای هر چه کوچک‌تر و پیچیده‌تر کردن الکترونیک متعارف به کار گرفته شده است کند.