ذخیره کوانتومی در مواد دو بعدی در دمای اتاق ممکن شد

به گزارش راهبرد معاصر؛ تحقیقات جدید نشان می‌دهد که تکه‌های میکروسکوپی موجود در مواد با ضخامت چند اتم، پتانسیل پیشرفت بسیاری از فناوری‌های کوانتومی را دارند که ما را به استفاده گسترده از شبکه‌ها و حسگر‌های کوانتومی نزدیک‌تر می‌کند.

به نقل از اس‌ای، در حال حاضر ذخیره داده‌های کوانتومی در ویژگی‌های اسپین (چرخش) الکترون‌ها که به عنوان پیوستگی اسپین (spin coherence) شناخته می‌شود، به یک مجموعه آزمایشگاهی بسیار خاص و ظریف نیاز دارد. این کاری نیست که بتوانید بدون یک محیط به دقت کنترل شده انجام دهید.

اکنون یک تیم بین‌المللی از محققان با استفاده از نقص‌های کوچک در یک ماده لایه‌ای دوبعدی به نام نیترید بور شش‌ضلعی (hBN) توانستند پیوستگی اسپین قابل مشاهده را در دمای اتاق نشان دهند.

کارمِم جیلاردونی فیزیکدان دانشگاه کمبریج در بریتانیا می‌گوید: نتایج نشان می‌دهد که وقتی یک حالت کوانتومی مشخصی را روی اسپین این الکترون‌ها می‌نویسیم، این اطلاعات برای حدود یک میلیونیم ثانیه ذخیره می‌شود و این سیستم را به یک پلتفرم بسیار امیدوارکننده برای کاربرد‌های کوانتومی تبدیل می‌کند. این مدت ممکن است کوتاه به نظر برسد، اما نکته جالب این است که این سیستم به شرایط خاصی نیاز ندارد و می‌تواند حالت کوانتومی اسپین را حتی در دمای اتاق و بدون نیاز به آهنربا‌های بزرگ ذخیره کند.

لایه‌های hBN از طریق نیرو‌های مولکولی وارد شده در خود ماده به هم قفل می‌شوند، اما هنگام ترکیب یا پردازش مواد ممکن است نقص‌ها ظاهر شوند. این مکان‌های کوچکی را می‌دهد که الکترون‌ها می‌توانند به دام بیفتند.

محققان نه تنها قادر به به دام انداختن و مشاهده الکترون‌ها در نقص‌های hBN بودند، بلکه توانستند آنها را با استفاده از نور دستکاری کنند. این اولین آزمایشی از این نوع در دمای معمولی محیط است.

بر اساس اندازه‌گیری‌های انجام شده توسط این تیم، استفاده از hBN به عنوان ذخیره‌ساز کوانتومی پایدار امیدوارکننده است. حتی اگر حالت‌های کوانتومی در حال حاضر فقط برای کسری از ثانیه ذخیره شوند، نشانه‌ها حاکی از آن است که در نهایت می‌توان آن را افزایش داد.

هانا استرن فیزیکدان دانشگاه منچستر در بریتانیا می‌گوید: کار با این سیستم قدرت تحقیقات بنیادی مواد جدید را برای ما برجسته کرده است. سیستم hBN به عنوان میدانی است که می‌توانیم از پویایی حالت برانگیخته آن در دیگر پلتفرم‌های مواد جدید برای استفاده در فناوری‌های کوانتومی آینده استفاده کنیم.

پایدار نگه داشتن حالت‌های کوانتومی و اطلاعات کوانتومی و محافظت از تداخل، چالشی مداوم برای دانشمندان است که به طور مداوم به دنبال مواد جدید و تکنیک‌های جدید برای بهبود پایداری آن هستند.

این تیم اکنون در حال بررسی راه‌هایی برای افزایش زمان ذخیره اسپین بیش از یک میلیونیم ثانیه، بهبود قابلیت اطمینان و کیفیت نور ساطع شده از آن هستند.

محققان می‌گویند با پیشرفت آرام، اما مطمئن می‌توانیم حسگر‌های کوانتومی پیشرفته‌تری را قادر به نظارت بر تغییرات جزئی در کیهان و شبکه‌های کوانتومی برای انتقال اطلاعات فوق سریع و فوق‌العاده ایمن کنیم.

استرن می‌گوید: هر سیستم امیدوارکننده جدید، ابزار موجود را گسترش می‌دهد و هر گام جدید در این مسیر، اجرای مقیاس‌پذیر فناوری‌های کوانتومی را در پیش خواهد داشت.

این پژوهش در مجله Nature Materials منتشر شده است. / ایسنا