แม้ว่าจะไม่ได้ทรงพลังมากนัก แต่เครื่องจักรก็เป็น เซ็กซี่บาคาร่า ‘ขั้นตอนเชิงสัญลักษณ์ที่ยิ่งใหญ่’ สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ฤดูใบไม้ผลิของซิลิคอนอาจมาถึงในที่สุด
เทคโนโลยีที่ใช้ซิลิคอนเป็นปัจจัยที่ผิดพลาดอย่างรวดเร็วในโลกของคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งตามหลังวิธีการอื่นๆ เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้ดำเนินการอัลกอริธึมง่ายๆบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้ซิลิกอน นักฟิสิกส์ Lieven Vandersypen และเพื่อนร่วมงานรายงานออนไลน์ในวันที่ 14 กุมภาพันธ์ใน Nature
คอมพิวเตอร์มีควอนตัมบิตหรือ qubit เพียงสองบิต
จึงสามารถคำนวณได้เฉพาะเบื้องต้นเท่านั้น แต่การสาธิตครั้งนี้ “เป็นซิลิคอนชนิดแรกจริงๆ” Jason Petta นักฟิสิกส์ควอนตัมจากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว
Petta และเพื่อนร่วมงานรายงานว่าการทำqubits ของซิลิคอนมีปฏิสัมพันธ์กับแสงในบทความอื่นซึ่งเผยแพร่ทางออนไลน์ในวันที่ 14 กุมภาพันธ์ในNature ความสำเร็จนั้นในที่สุดอาจทำให้ซิลิกอน qubits สามารถสื่อสารจากด้านตรงข้ามของชิปซึ่งจำเป็นสำหรับการปรับขนาดคอมพิวเตอร์
นักวิทยาศาสตร์ต้องการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถทำการคำนวณที่ซับซ้อนซึ่งเป็นไปไม่ได้สำหรับคอมพิวเตอร์มาตรฐาน เทคโนโลยีอื่น ๆ นั้นล้ำหน้ากว่าซิลิคอน: ตัวอย่างเช่น คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำจากวัสดุตัวนำยิ่งยวดมีรายงานว่ามีมากถึง 50 คิวบิต ( SN: 12/9/17, หน้า 18 )
แต่ซิลิกอนคิวบิตอาจมีข้อดี เช่น ความสามารถในการรักษาคุณสมบัติควอนตัมไว้ได้นานกว่าคิวบิตประเภทอื่นๆ นอกจากนี้ บริษัทต่างๆ เช่น Intel เชี่ยวชาญในการทำงานกับซิลิคอนอยู่แล้ว เนื่องจากวัสดุดังกล่าวใช้ในชิปคอมพิวเตอร์แบบเดิม นักวิจัยหวังว่าจะใช้ประโยชน์จากความสามารถดังกล่าว ซึ่งอาจช่วยให้คอมพิวเตอร์ขยายขนาดได้เร็วขึ้น Vandersypen จาก QuTech ที่ Delft University of Technology ในเนเธอร์แลนด์และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ร่วมมือกับ Intel ในการทำงานบางส่วนของพวกเขา
ในคอมพิวเตอร์มาตรฐาน หน่วยของข้อมูลที่เรียกว่าบิตสามารถตั้งค่าเป็น 0 หรือ 1 อย่างไรก็ตาม Qubits สามารถอยู่ในบริเวณขอบรกระหว่าง 0 ถึง 1 ที่เรียกว่าการทับซ้อนของควอนตัม ในการสร้างซิลิกอนคิวบิต นักวิทยาศาสตร์ดักอิเล็กตรอนตัวเดียวในซิลิกอนเล็กน้อยที่เรียกว่าจุดควอนตัม ค่าของ qubit — 0, 1 หรือ superposition — ขึ้นอยู่กับทิศทางของการหมุนของอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นคุณสมบัติของควอนตัมที่คล้ายคลึงกับการหมุนของยอด
Vandersypen และผู้ทำงานร่วมกันได้สร้างอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยจุดควอนตัมสองจุด และใช้อัลกอริธึมควอนตัมมาตรฐานคู่หนึ่ง ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์ที่เรียกว่าการค้นหาของ Grover ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ การค้นหาของ Grover สามารถใช้เพื่อขุดข้อมูลในฐานข้อมูลได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป ( SN: 7/8/17, p. 28 ) “มันเป็นก้าวสำคัญเชิงสัญลักษณ์” Vandersypen กล่าว
โดยปกติซิลิกอนคิวบิตจะต้องอยู่ติดกันเพื่อโต้ตอบ แต่ด้วยการเพิ่มแม่เหล็กขนาดเล็กลงในส่วนผสม Petta และเพื่อนร่วมงานทำให้ qubits ของพวกเขามีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคของแสงหรือโฟตอน ในอนาคต โฟตอนอาจยอมให้มีการสื่อสารระหว่างซิลิกอนคิวบิตที่ปลายอีกด้านของชิป ผลที่ได้คือ “ขั้นตอนสำคัญในการตระหนักถึงเครือข่ายในอนาคตของควอนตัมบิตจำนวนมาก” Vandersypen กล่าว
เทคนิคใหม่แสดงให้เห็นว่าฟิล์มบาง 2 มิติสามารถระบายความร้อนได้อย่างไร
การค้นหาวิธีที่วัสดุทำปฏิกิริยากับอุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเป็นตัวกำหนดการใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คานอนุภาคพลังงานสูงสามารถเผยให้เห็นว่าแผ่นบาง 2 มิติทำงานอย่างไรเมื่อความร้อนถูกเหวี่ยงขึ้น
นักวิจัยได้คิดค้นวิธีการติดตามว่าวัสดุเหล่านี้เช่น กราฟีน supermaterialขยายตัวหรือหดตัวเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ( SN: 10/3/15, p. 7 ) เทคนิคนี้ ซึ่งอธิบายไว้ใน หนังสือทบทวนทางกายภาพเมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์แสดงให้เห็นว่าสารกึ่งตัวนำแบบ 2 มิติที่จัดเรียงอยู่ในแผ่นที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียวจะขยายตัวได้เหมือนพลาสติกมากกว่าโลหะเมื่อถูกความร้อน การทำความเข้าใจพฤติกรรมอุณหภูมิสูงของวัสดุเหล่านี้และวัสดุ 2 มิติอื่นๆ ได้ดีขึ้น จะช่วยให้วิศวกรออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดนาโนที่ทนทานได้
ซลาตัน อักซามิยา วิศวกรไฟฟ้าจากมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ แอมเฮิร์สต์ กล่าวว่า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ซิลิกอนที่ใช้กันทั่วไปนั้น “ชนกับกำแพงอิฐ” ว่ามีขนาดเล็กแค่ไหน วัสดุที่ทำจากฟิล์ม 2 มิติแบบบางพิเศษอาจเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างอุปกรณ์รุ่นต่อไปที่มีขนาดเล็กกว่า
แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะอุ่นขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน หากวัสดุ 2 มิติในอุปกรณ์นาโนขยายตัวหรือหดตัวในอัตราที่แตกต่างกันเมื่อถูกความร้อน ซึ่งอาจเปลี่ยนคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์ เช่น การนำไฟฟ้าได้ดีเพียงใด Antoine Reserbat-Plantey นักฟิสิกส์จากสถาบัน Photonic Sciences กล่าว ในบาร์เซโลนาไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัย สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าฟิล์มบางตอบสนองต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างไร เซ็กซี่บาคาร่า
