مولكولي ناشناخته و كامپيوتر هاي كوانتمي
مولكولي ناشناخته و كامپيوتر هاي كوانتمي
http://www.hupaa.com/upload/thumb/thumb_7353735.jpgتیمی بین المللی یک اتم هیبریدی جدید را شناسایی کرده اند که میتواند برای پیشبرد کامپیوتر های کوانتمی مورد استفاده قرار گیرد.
[ كوانتوم و فيزيك جديد ]
تيمي بين المللي يك اتم هيبريدي جديد را شناسايي كرده اند كه ميتواند براي پيشبرد كامپيوتر هاي كوانتمي مورد استفاده قرار گيرد.اين تصوير يك نقشه چگالي الكتروني از ماده است.تصوير قيفي يا گرداب شكل در سمت چپ و پايين شكل يك اتم ارسنيك است.تصوير شبه نعلبكي در مركز هم نقشه اي است از پيوندهاي الكتروني اتمهاي مختلف(هر نقطه نشاندهنده يك مكان است)نقاط زرد سمت چپ بالاي قسمت مركزي هم الكترونها،در ويژه حالتهاي كوانتمي هستند.
رفتار منحصر به فرد يك مولكول در يك تراشه كامپيوتري سيليكوني منجر به كشفي شده است كه درها را به روي محاسبات كوانتمي در نيم رساناها ميگشايد.
محققان طي يك مقاله در مجله Nature Physics روش ساخت يك مولكول هيبريدي جديد را توضيح داده اند كه در اين مولكول ويژه حالتهاي كوانتمي ميتواند بصورتي دلخواه و عمدي دستكاري شود كه البته اين موضوع گامي لازم در جهت ساخت كامپيوتر هاي كوانتمي است.
Gerhard Klimeck استاد مهندسي كامپيوتر و برق دانشگاه Purdue ميگويد:
" تا كنون محاسبات كوانتمي در مقياس بزرگ چيزي شبيه به رويا بود . اين پيشرفت ممكن است نتواند ظرف سريعتر از 10 سال ما را به كامپيوترهاي كوانتمي برساند، اما روياي ما درباره چنين ماشينهايي، اكنون واقعي تر هستند."
مكانيسم كامپيوتر هاي سنتي از 50 سال قبل، يعني زمان كامپيوتر هاي اتاق سايز!، تغيير نكرده است. اين كامپيوتر ها هنوز از بيت هاي اطلاعات (0 و 1) براي ذخيره و پردازش اطلاعات استفاده ميكنند . در مقابل ، كامپيوتر هاي كوانتمي ، رفتار هاي عجيب و غريب كشف شده در فيزيك كوانتمي را تحت كنترل در خواهند آورند تا از آنها كامپيوترهايي خلق شود كه از بيت هاي كوانتمي (qubit)براي حمل اطلاعات استفاده ميكند.اين گونه كامپيوتر ها اين قابليت را دارند كه اطلاعات بيشتري را (از نظر افزايش نمايي!)پردازش كنند.
مثلا اگر شما از يك كامپيوتر سنتي بخواهيد شماره تلفن يك شخص را در دفترچه تلفن جستجو كند،كامپيوتر تمام اسامي را به ترتيب ميخواند تا به شماره مورد نظر برسد.البته كامپيوتر ها اين كار را سريعتر از آدمها انجام ميدهند اما در هر دو ،روش كار ترتيبي است.اما كامپيوتر هاي كوانتمي ميتوانند همزمان در تمام نامهاي دفترچه تلفن جستجو كنند!
هم چنين كامپيوتر هاي كوانتمي ميتوانند از رفتار هاي عجيب و غريب مكانيسمهاي كوانتمي!
–آنهايي كه حتي براي فيزيكدانها هم بر خلاف منطق هستند- از روشهاي به سختي قابل فهم،به نفع خود استفاده كنند.
براي مثال ،دو كامپيوتر كوانتمي مي توانند از هر فاصله قابل تصوري (حتي از اين طرف تا آن طرف منظومه شمسي!) بصورت آني با هم ارتباط برقرار كنند.
آلبرت انيشتين در دهه 1930 در نامه اي به ادوين شرودينگر نوشت كه در يك ويژه حالت كوانتمي يك شبكه باروت هم مولكولهاي منفجر شده و هم منفجر نشده دارد!!(ايده اي كه بعدها شرودينگر را به سمت ابداع آزمايش فكري مشهورش يعني گربه در جعبه هدايت كرد.)
اين ويژه حالت هاي كوانتمي نه اين نه آن (يا هم اين هم آن!) چيزي هستند كه در اين مولكول جديد به سادگي با تغيير ولتاژ قابل كنترل اند.
تا كنون جدال اصلي ، بر سر ساخت كوبيت ها بود. يعني همان نيم رساناي كامپيوتري كه حالت هاي كونتمي اش قابل كنترل باشد.
Klimeck ميگويد:
" شما اگر بخواهيد يك كامپيوتر كوانتمي بسازيد،بايد قادر باشيد اشغال ترازها را كنترل كنيد.
ما ميتوانيم جاي الكترون در اين اتم مصنوعي را كنترل كنيم و در نتيجه ترازها يا ويژه حالات را تنها با كاربرد يك ميدان الكتريكي خارجي ، تحت اختيار در آوريم. "
اين كشف زماني شروع شد كه Sven Rogge و همكارانش در دانشگاه تكنولوژي Delft در هلند مشغول آزمايش درباره ترانزيستورهاي نانو سايزي بودند كه تاثيرات ناخالصي غير عمدي (dopant)زا نشان ميدادند . محققان خواصي را در ويژگيهاي جريان ولتاژ ترانزيستور كشف كردند كه نشان مي داد الكترونها به وسيله يك تك اتم حمل شده اند.اما واضح نبود چه ناخالصي باعث ايجاد اين اثرات ميشد.
Lloyd Hollenberg و همكارانش در دانشگاه Melbourne در استراليا ، قادر به ساخت يك پردازنده كوانتمي با پايه سيليكون شدند كه اساس آن بر استفاده از يك ناخالصي منحصر به فرد بود.
Hollenberg ميگويد:
" تيم متوجه شد اندازه گيري ها ، تنها در صورتي معقول هستند كه فرض شود مولكول از دو قسمت ساخته شده : يك انتها حاوي مولكولهاي ارسنيك جاسازي شده در سيليكون و انتهاي ديگر مولكولي مصنوعي شكل گرفته در نزديكي سطح ترانزيستور . يك تك الكترون هم در سرتاسر دو انتها پراكنده بود.
نكته عجيب در مورد انتهاي سطح مولكول اين بود كه وقتي ما جريان الكتريكي را در ترانزيستور بكار ميبرديم ، چيزي شبيه به يك محصول مصنوعي رخ ميداد و بنابر اين مولكول ميتواند ساختگي تلقي شود.هيچ معادلي براي چنين مولكولي بطور طبيعي در دنياي اطراف ما وجود ندارد . "
Klimeck همراه با Rajib Rahman يك نسخه به روز شده از برنامه مدل سازي نانو الكترونيك (NEMO 3-D) را ، به منظور شبيه سازي مواد در سايز 3 ميليون اتم، ايجاد كرده است.
Klimeck اشاره ميكند:
" ما به چنين مدلي از تعداد زيادي اتم نياز داشتيم تا ويژگيهاي كوانتمي جديد بسط داده شده را مشاهده كنيم."
شبيه سازي نشان داد كه مولكول جديد يك هيبريد است ،با اتمهاي ساخته شده به صورت طبيعي از ارسنيك با شكل معمول كروي و همچنين يك اتم مصنوعي جديد،در انتهاي ديگر به شكل 2 بعدي مسطح شده.
محققان فهميدند كه بوسيله كنترل كردن ولتاژ توانسته اند يك الكترون را وادار كنند به سر ديگر مولكول برود يا در يك ويژه حالت ميانه باشد.
Rogge ميگويد:
" اين كشف امكانات كنوني ما براي طراحي ماشين الكترونيك را نيرو ميبخشد.
آزمايشها ما را به اين درك رساند كه تجهيزات اكترونيك صنعتي ما اكنون به سطحي رسيده اند كه ما ميتوانيم حالت يك تك اتم را مطالعه يا دستكاري كنيم و اين حدي است نهايي ! شما نخواهيد توانست به كوچكتر از اين دست يابيد!
