ساخت دستگاه تداخل‌سنج ابررسانا جدید می‌تواند پیشبرد محاسبات کوانتومی را تسریع کند

گفته می‌شود گروهی از دپارتمان فیزیک دانشگاه بث هنگام کاوش در محل اتصال بین دو لایه‌ی ابررسانا نیوبیم دیزلنید (NbSe2) و پس از جداشدن این لایه‌ها و تاب‌خوردن حدود ۳۰ درجه نسبت به یکدیگر و اتصال مجدد آن‌ها، توانسته‌اند دستگاه تداخل‌سنج کوانتومی ابررسانا (SQUID) بسازند که می‌تواند ما را به آینده‌ی محاسبات و کامپوترهای کوانتومی امیدوار کند. به‌ زبان ساده، تداخل‌سنج یادشده حسگر بسیار حساسی است که برای اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی بسیار کوچک استفاده می‌شود.

SQUIDها کاربردهای مهمی در زمینه‌هایی همچون مراقبت‌های بهداشتی و اکتشاف مواد معدنی دارند؛ اما جالب است بدانید که SQUIDS بلوک‌های سازنده‌ی کامپیوترهای کوانتومی تجاری امروزی نیز هستند؛ همان ماشین‌های غول‌آسای گران‌قیمت و فوق‌پیشرفته‌ای که نوید انقلاب بعدی پردازشی را می‌دهند. البته محاسبات کوانتومی هنوز در مراحل ابتدایی خود است؛ اما گمان می‌رود که در دهه‌های آینده ناجی بسیاری از صنایعی باشد که فرایند پیشرفت در آن‌ها به اشباع‌شدن نزدیک می‌شود.

به‌طورکلی، چندین سال طول می‌کشد تا کامپیوترهای کوانتومی به پتانسیل کامل خود برسند. هم‌اکنون، دانشگاه‌ها و مشاغلی که روی آن‌ها کار می‌کنند، با کمبود محققان ماهر در این زمینه و کمبود تأمین‌کننده برخی از اجزای اصلی مواجه هستند. بااین‌حال، اگر این ماشین‌های محاسباتی عجیب‌وغریب به وعده‌های خود عمل کنند، می‌توانند کل صنایع را متحول و نوآوری جهانی را شکوفا کنند. این همان دلیلی است که بسیاری از دولت‌ها و شرکت‌های فناوری در تلاش برای دستیابی به برتری کوانتومی هستند.

اکنون اکتشاف جدید نیز می‌تواند نقطه‌ی ‌عطفی برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی کاربردی باشد. پروفسور سایمون بندینگ، یکی از متصدیان پروژه تحقیقاتی مذکور، می‌گوید که دانه‌های کریستالی به‌دلیل سطوح اتمی کاملشان که تقریبا به‌طور کامل عاری از نقص هستند، نقش مهمی در ساخت رایانه‌های کوانتومی آینده ایفا می‌کنند. افزون‌براین، SQUIDها برای مطالعات زیست‌شناسی نیز ایدئال هستند. به‌عنوان مثال، اکنون از آن‌ها برای ردیابی مسیر داروهای دارای خاصیت مغناطیسی ازطریق روده استفاده می‌شود.

بااین‌حال، کار روی SQUIDهایی که با استفاده از تکه‌های NbSe2 (نیوبیم دیزلنید) ساخته شده‌اند، هنوز در مراحل ابتدایی خود است. پروفوسور بندینگ می‌گوید که این رویکرد کاملا جدید و ناشناخته‌ برای ساخت SQUIDها محسوب می‌شود و همچنان باید تحقیقات و آزمون‌وخطای زیادی انجام شود تا این عناصر حیاتی به کاربردی‌شدن نزدیک شوند. اجزائی که ابررساناهای دانشگاه بث از آن‌ها ساخته می‌شوند، تک‌کریستال‌های بسیار نازک (گاهی تا ۱۰ هزار برابر نازک‌تر از موی انسان) هستند که به‌راحتی خم می‌شوند. این خاصیتی است که آن‌ها را برای ادغام در محصولاتی همچون صفحه‌کلید کامپیوتر، نمایشگرهای اپتیکال، سلول‌های خورشیدی و قطعات مختلف خودرو مناسب می‌سازد.

ازآنجاکه پیوندهای بین لایه‌های NbSe2 بسیار ضعیف است، تکه‌های بریده‌شده با سطوح کاملا صاف و بدون نقصشان وقتی دوباره به‌هم فشار می‌آورند، رابط‌های اتمی تیزی ایجاد می‌کنند که سبب می‌شود آن‌ها گزینه‌هایی عالی برای اجزای استفاده‌شده در محاسبات کوانتومی باشند.

البته باید به این نکته اشاره کرد این نخستین‌بار نیست که لایه‌های NbSe2 برای ایجاد پیوند ابررسانا ضعیف به یکدیگر متصل می‌شوند؛ اما درحقیقت، نخستین نمایش تداخل کوانتومی بین دو اتصال این‌چنینی است که در یک جفت تکه‌های پیچ‌خورده الگو قرار گرفته‌اند. این تداخل کوانتومی به محققان امکان داده است تا با اعمال میدان مغناطیسی کوچک، حداکثر ابرجریانی که می‌تواند ازطریق SQUID‌هایشان عبور کند، تعدیل و حسگر میدان بسیار حساسی ایجاد کنند. افزون‌براین، آن‌ها توانستند نشان دهند که ویژگی‌های دستگاه‌هایشان را می‌توان به‌طور سیستماتیک با تغییر زاویه پیچش بین دو تکه تنظیم کرد.