Shkencëtarët nga Laboratoret Sandia dhe Universiteti i Harvardit kanë krijuar një pajisje kuantike nga diamanti dhe silici, e cila mund të shërbejë si urë lidhëse mes kompjuterëve kuantikë. Kompjuterët kuantikë të vegjël janë krijuar tashmë dhe shkencëtarët mendojnë se ndoshta ne do të mund të përdorim një rrjet të përbërë nga disa të tillë në vend të një kompjuteri të madh kuantik. Lidhja e tyre në rrjet do të mund të bëhej përmes një pajisjeje nanofotonike si kjo, e cila përdorë defektet artificiale optikisht aktive në diamant të quajtura qendra ngjyre silic-boshllëk, apo qendra ngjyre SiV. Rezultatet e arritura janë publikuar në revistën shkencore prestigjioze Science, më 13 tetor.
Qendrat e ngjyrës SiV janë defekte të krijuara në diamant, në të cilin është hequr një atom karboni dhe në vend të tij është vendosur një atom silici. Shkencëtarët nga Sandia kanë vendosur atomin e silicit në diamant duke përdorur një rreze implantuese jonesh të fokusuar. Meqë atomi i silicit ishte më i madh se ai i karbonit, ai ka bërë që dy atome karboni në secilën anë të migrojnë, duke lënë pas boshllëqe. Këto boshllëqe i mbrojnë atomet e silicit nga rrymat elektrike. Atomet e silicit sillen si të ishin në gaz edhe pse gjendjen në materie të ngurtë dhe për pasojë elektronet e tyre nuk bashkëveprojnë me materien në të cilën ndodhen, por vetëm me stimujt kuantik, të cilët dërgohen qëllimisht nga shkencëtarët. Shkencëtarët përdorin laser për të eksituar atomet e silicit, të cilat lëshojnë fotone me informacion të koduar kur kthehen në gjendjen e tyre bazë. Informacioni kodohet në karakteristikat e valëve të dritës të lëshuara nga këto atome.
Pajisjet e diamantit me qendra ngjyre SiV kanë diametër të vogël dhe përçojnë dritën në mënyrë të ngjashme me fibrat optike. Për ndryshim nga ato, këto pajisje kanë qendrat SiV, të cilat mund të bllokojnë dritën kur shkencëtarët duan një gjë të tillë. Kështu, qendrat përgatiten me dy gjendje të mundshme, një që e ndalon dritën ndërsa tjetra transparente, dhe në një farë mënyre e bëjnë pajisjen nanofotonike të bëjë me fotonet të njëjtën gjë që bën transistori me elektronet, pra të funksionojë si çelës. Për më tepër, këto pajisje mund të përdoren edhe në përpunim informacioni klasik, pasi që janë në gjendje të kontrollojnë dhe të ruajnë dritën. Kjo ruajtje bëhet vetëm për një kohë të shkurtër dhe për këtë shkencëtarët janë duke u përpjekur ta zgjasin këtë kohë, gjë që do të rriste funksionalitetin e pajisjeve.
Këto pajisje janë relativisht të thjeshta për fabrikim dhe për pasojë do të mund të fillohej fabrikimi i tyre në nivel industrial pa ndonjë problem madhor. Miliona pajisje të tilla do të mund të vendoseshin në një çip të vetëm dhe shkencëtarët tashmë kanë fabrikuar disa mijëra. Përveç si urë lidhëse mes kompjuterëve të vegjël kuantikë, kjo pajisje do të mund të përdorej edhe për krijimin e çifteve të ndërlidhura të gjendjeve të qendrave SiV, nëse shkencëtarët do të mund të fabrikonin një pajisje me dy atome silici që shkëmbejnë fotone. Ky është hapi i ardhshëm, drejt të cilit shkencëtarët janë duke punuar.
Qendrat e ngjyrës SiV janë defekte të krijuara në diamant, në të cilin është hequr një atom karboni dhe në vend të tij është vendosur një atom silici. Shkencëtarët nga Sandia kanë vendosur atomin e silicit në diamant duke përdorur një rreze implantuese jonesh të fokusuar. Meqë atomi i silicit ishte më i madh se ai i karbonit, ai ka bërë që dy atome karboni në secilën anë të migrojnë, duke lënë pas boshllëqe. Këto boshllëqe i mbrojnë atomet e silicit nga rrymat elektrike. Atomet e silicit sillen si të ishin në gaz edhe pse gjendjen në materie të ngurtë dhe për pasojë elektronet e tyre nuk bashkëveprojnë me materien në të cilën ndodhen, por vetëm me stimujt kuantik, të cilët dërgohen qëllimisht nga shkencëtarët. Shkencëtarët përdorin laser për të eksituar atomet e silicit, të cilat lëshojnë fotone me informacion të koduar kur kthehen në gjendjen e tyre bazë. Informacioni kodohet në karakteristikat e valëve të dritës të lëshuara nga këto atome.
Pajisjet e diamantit me qendra ngjyre SiV kanë diametër të vogël dhe përçojnë dritën në mënyrë të ngjashme me fibrat optike. Për ndryshim nga ato, këto pajisje kanë qendrat SiV, të cilat mund të bllokojnë dritën kur shkencëtarët duan një gjë të tillë. Kështu, qendrat përgatiten me dy gjendje të mundshme, një që e ndalon dritën ndërsa tjetra transparente, dhe në një farë mënyre e bëjnë pajisjen nanofotonike të bëjë me fotonet të njëjtën gjë që bën transistori me elektronet, pra të funksionojë si çelës. Për më tepër, këto pajisje mund të përdoren edhe në përpunim informacioni klasik, pasi që janë në gjendje të kontrollojnë dhe të ruajnë dritën. Kjo ruajtje bëhet vetëm për një kohë të shkurtër dhe për këtë shkencëtarët janë duke u përpjekur ta zgjasin këtë kohë, gjë që do të rriste funksionalitetin e pajisjeve.
Këto pajisje janë relativisht të thjeshta për fabrikim dhe për pasojë do të mund të fillohej fabrikimi i tyre në nivel industrial pa ndonjë problem madhor. Miliona pajisje të tilla do të mund të vendoseshin në një çip të vetëm dhe shkencëtarët tashmë kanë fabrikuar disa mijëra. Përveç si urë lidhëse mes kompjuterëve të vegjël kuantikë, kjo pajisje do të mund të përdorej edhe për krijimin e çifteve të ndërlidhura të gjendjeve të qendrave SiV, nëse shkencëtarët do të mund të fabrikonin një pajisje me dy atome silici që shkëmbejnë fotone. Ky është hapi i ardhshëm, drejt të cilit shkencëtarët janë duke punuar.
Referencat:
1. http://science.sciencemag.org/content/early/2016/10/12/science.aah6875
2. https://share.sandia.gov/news/resources/news_releases/quantum_computing/#.WAOMD4VcN8g
3. http://nanotechweb.org/cws/article/tech/66659