مولکول های منفرد می توانند بلوک های سازنده شبکه های کوانتومی آینده را فراهم کنند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

کامپیوترهای کوانتومی به عنوان واحدهای اطلاعاتی خود به کیوبیت ها متکی هستند. برای اتصال آنها به یک شبکه بزرگتر در فواصل طولانی، آنها باید اطلاعات کوانتومی را با استفاده از نور منتقل کنند.

دانشمندان در حال توسعه روش هایی برای انجام این کار با استفاده از نقص های کوچک در کریستال های الماس و سایر مواد نیمه هادی هستند که می توانند به عنوان کیوبیت عمل کنند. با این حال، یک مشکل اساسی وجود دارد. نقص‌های ناخواسته و بارهای الکتریکی محبوس شده می‌تواند باعث نوساناتی شود که فرکانس نور ساطع شده توسط کیوبیت‌ها را تغییر می‌دهد و ایجاد اتصالات کوانتومی قابل اعتماد را دشوارتر می‌کند.

در تحقیق جدیدی که در مجله Nature منتشر شده است، دانشمندان با استفاده از یک سیستم مولکولی طراحی شده سفارشی که حاوی کیوبیت پایدار است، راه امیدوارکننده ای را برای دور زدن این مشکل ناپایداری نشان داده اند.

برای ایجاد کیوبیت‌ها، تیمی از استارت‌آپ آلمانی NVision Quantum Technologies یک ترکیب شیمیایی را در یک کریستال جاسازی کردند که به دلیل توانایی آن در ارائه یک محیط پایدار انتخاب شده بود. سپس کریستال را تا 4.5 کلوین (حدود -269 درجه سانتیگراد) خنک کردند و از نور لیزر برای تبدیل این ترکیب به مولکولهایی به نام کاربن استفاده کردند. هر مولکول کاربن حاوی دو الکترون جفت نشده است که اسپین ترکیبی آنها می تواند برای ذخیره اطلاعات کوانتومی استفاده شود.

گام بعدی این بود که ببینیم آیا آنها می‌توانند وضعیت کوانتومی یک مولکول را کنترل کرده و بخوانند. برای انجام این کار، آنها از پالس های مایکروویو برای دستکاری اسپین الکترون ها و نور لیزر برای خواندن نتایج استفاده کردند. آنها همچنین اندازه‌گیری کردند که مولکول‌ها چه مدت می‌توانند حالت کوانتومی خود را حفظ کنند و میزان انتشار نور آنها در طول زمان چقدر پایدار باقی می‌ماند.

و همه این کارها در مقیاس مولکولی نتیجه داد.

دانشمندان توانستند وضعیت اسپین یک مولکول جداگانه را کنترل و بخوانند و خواص کوانتومی ظریف اسپین را برای حدود 2.2 میلی ثانیه حفظ کنند.

به همان اندازه مهم، فرکانس های نور ساطع شده توسط مولکول های منفرد به طور قابل ملاحظه ای برای بیش از یک ساعت ثابت ماند.

نویسندگان این مطالعه اظهار داشتند: «این نتایج کیوبیت‌های مولکولی را به عنوان یک پلتفرم مناسب برای اپتیک کوانتومی تک امیتر در حالی که مزایای طراحی شیمیایی پایین به بالا و مواد قابل پردازش را حفظ می‌کند، ایجاد می‌کند».

البته این کار تازه شروع کار است. محققان بر این باورند که رویکرد آنها در نهایت می‌تواند به توسعه شبکه‌های کوانتومی با اجازه دادن به اطلاعات ذخیره‌شده در مولکول‌های جداگانه به فوتون‌ها کمک کند. مولکول‌ها همچنین می‌توانند در لایه‌های نازک ترکیب شوند و با تراشه‌های فوتونیکی موجود ادغام شوند.

اگرچه تمرکز این کار نشان دادن یک کیوبیت مولکولی قابل آدرس دهی جداگانه بود، اما ما معتقدیم که ارزش آن را دارد که خواص آن را در زمینه گسترده تر از الزامات یک گره شبکه کوانتومی قرار دهیم.

این یک گام کوچک در مقیاس مولکولی است، اما به طور بالقوه یک گام بزرگ برای آینده محاسبات کوانتومی.

توسط نویسنده ما پل آرنولد، ویرایش شده توسط سادی هارلی، و بررسی واقعیت و بازبینی توسط رابرت ایگان برای شما نوشته شده است - این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

Simon Roggors و همکاران، رابط اسپین فوتون تک مولکولی، Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-11147-6

کارشناسی زیست شناسی از دانشگاه لندن. تهیه کننده مستند بی بی سی با تجربه سفر در جهان. مشاغل آزاد از جنوب اسپانیا. نمایه کامل →

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →