تيمي بين المللي يك اتم هيبريدي جديد را شناسايي كرده اند كه ميتواند برايپيشبرد كامپيوتر هاي كوانتمي مورد استفاده قرار گيرد.اين تصوير يك نقشهچگالي الكتروني از ماده است.تصوير قيفي يا گرداب شكل در سمت چپ و پايينشكل يك اتم ارسنيك است.تصوير شبه نعلبكي در مركز هم نقشه اي است ازپيوندهاي الكتروني اتمهاي مختلف(هر نقطه نشاندهنده يك مكان است)نقاط زردسمت چپ بالاي قسمت مركزي هم الكترونها،در ويژه حالتهاي كوانتمي هستند.



رفتارمنحصر به فرد يك مولكول در يك تراشه كامپيوتري سيليكوني منجر به كشفي شدهاست كه درها را به روي محاسبات كوانتمي در نيم رساناها ميگشايد.

محققانطي يك مقاله در مجله Nature Physics روش ساخت يك مولكول هيبريدي جديد راتوضيح داده اند كه در اين مولكول ويژه حالتهاي كوانتمي ميتواند بصورتيدلخواه و عمدي دستكاري شود كه البته اين موضوع گامي لازم در جهت ساختكامپيوتر 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 . اينپيشرفت ممكن است نتواند ظرف سريعتر از 10 سال ما را به كامپيوترهايكوانتمي برساند، اما روياي ما درباره چنين ماشينهايي، اكنون واقعي ترهستند."

مكانيسم كامپيوتر هاي سنتي از 50 سال قبل، يعني زمانكامپيوتر هاي اتاق سايز!، تغيير نكرده است. اين كامپيوتر ها هنوز از بيتهاي اطلاعات (0 و 1) براي ذخيره و پردازش اطلاعات استفاده ميكنند . درمقابل ، كامپيوتر هاي كوانتمي ، رفتار هاي عجيب و غريب كشف شده در فيزيككوانتمي را تحت كنترل در خواهند آورند تا از آنها كامپيوترهايي خلق شود كهاز بيت هاي كوانتمي (qubit)براي حمل اطلاعات استفاده ميكند.اين گونهكامپيوتر ها اين قابليت را دارند كه اطلاعات بيشتري را (از نظر افزايشنمايي!)پردازش كنند.

مثلا اگر شما از يك كامپيوتر سنتي بخواهيدشماره تلفن يك شخص را در دفترچه تلفن جستجو كند،كامپيوتر تمام اسامي را بهترتيب ميخواند تا به شماره مورد نظر برسد.البته كامپيوتر ها اين كار راسريعتر از آدمها انجام ميدهند اما در هر دو ،روش كار ترتيبي است.اماكامپيوتر هاي كوانتمي ميتوانند همزمان در تمام نامهاي دفترچه تلفن جستجوكنند!

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.

برايمثال ،دو كامپيوتر كوانتمي مي توانند از هر فاصله قابل تصوري (حتي از اينطرف تا آن طرف منظومه شمسي!) بصورت آني با هم ارتباط برقرار كنند.

آلبرتانيشتين در دهه 1930 در نامه اي به ادوين شرودينگر نوشت كه در يك ويژهحالت كوانتمي يك شبكه باروت هم مولكولهاي منفجر شده و هم منفجر نشدهدارد!!(ايده اي كه بعدها شرودينگر را به سمت ابداع آزمايش فكري مشهورشيعني گربه در جعبه هدايت كرد.)

اين ويژه حالت هاي كوانتمي نه ايننه آن (يا هم اين هم آن!) چيزي هستند كه در اين مولكول جديد به سادگي باتغيير 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.

ماميتوانيم جاي الكترون در اين اتم مصنوعي را كنترل كنيم و در نتيجه ترازهايا ويژه حالات را تنها با كاربرد يك ميدان الكتريكي خارجي ، تحت اختيار درآوريم. "

اين كشف زماني شروع شد كه Sven Rogge و همكارانش دردانشگاه تكنولوژي Delft در هلند مشغول آزمايش درباره ترانزيستورهاي نانوسايزي بودند كه تاثيرات ناخالصي غير عمدي (dopant)زا نشان ميدادند .محققان خواصي را در ويژگيهاي جريان ولتاژ ترانزيستور كشف كردند كه نشان ميداد الكترونها به وسيله يك تك اتم حمل شده اند.اما واضح نبود چه ناخالصيباعث ايجاد اين اثرات ميشد.

Lloyd Hollenberg و همكارانش دردانشگاه Melbourne در استراليا ، قادر به ساخت يك پردازنده كوانتمي باپايه 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 شودمولكول از دو قسمت ساخته شده : يك انتها حاوي مولكولهاي ارسنيك جاسازي شدهدر سيليكون و انتهاي ديگر مولكولي مصنوعي شكل گرفته در نزديكي سطحترانزيستور . يك تك الكترون هم در سرتاسر دو انتها پراكنده بود.

نكتهعجيب در مورد انتهاي سطح مولكول اين بود كه وقتي ما جريان الكتريكي را درترانزيستور بكار ميبرديم ، چيزي شبيه به يك محصول مصنوعي رخ ميداد و بنابراين مولكول ميتواند ساختگي تلقي شود.هيچ معادلي براي چنين مولكولي بطورطبيعي در دنياي اطراف ما وجود ندارد . "

Klimeck همراه با RajibRahman 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."

شبيهسازي نشان داد كه مولكول جديد يك هيبريد است ،با اتمهاي ساخته شده به صورتطبيعي از ارسنيك با شكل معمول كروي و همچنين يك اتم مصنوعي جديد،در انتهايديگر به شكل 2 بعدي مسطح شده.

محققان فهميدند كه بوسيله كنترل كردنولتاژ توانسته اند يك الكترون را وادار كنند به سر ديگر مولكول برود يا دريك ويژه حالت ميانه باشد.

Rogge ميگويد:

" اين كشف امكانات كنوني ما براي طراحي ماشين الكترونيك را نيرو ميبخشد.

آزمايشهاما را به اين درك رساند كه تجهيزات اكترونيك صنعتي ما اكنون به سطحي رسيدهاند كه ما ميتوانيم حالت يك تك اتم را مطالعه يا دستكاري كنيم و اين حدياست نهايي ! شما نخواهيد توانست به كوچكتر از اين دست يابيد!