طـراحی یک کـامپیوتر کــوانتومی اسپـینی

 محققان آزمایشگاه برکلی نشان دادند که چگونه می‌توان به‌صورت چشمگیر اتصال میکروویوها را در یک حفره ابررسانا برای اینکه یک خاصیت اساسی الکترون یعنی اسپین بتواند نوسان داشته باشد، افزایش داد. با بمباران یک ماده سیلیکونی جدید (که در آزمایشگاه برکلی طراحی شده است) توسط میکروموج‌ها، محققان متوجه شدند که می‌توانند به سرعت اسپین الکترون‌ها را از حالت برانگیخته به حالت پایه تغییر دهند که منجر به نشر مقداری از انرژی الکترون‌ها به صورت فوتون می‌شود.
اگر الکترون‌ها را به حال خود رها کنیم، احتمال خیلی کمی وجود دارد که به حالت برانگیخته بازگردند و یک فوتون نشر کند (سرعت طبیعی برای این اثر نشر نوری که اثر Purcell نامیده می‌شود، در حدود یک در 10هزار سال است).

چنکل، فیزیکدان آزمایشگاه برکلی، می‌گوید: « آزمایش‌ها نشان دادند که برانگیختن تسریع‌شده و قابل کنترل اسپین‌های الکترون و نشر یک فوتون میکروموج در حدود یک ثانیه طول می‌کشد.»
این مشابه یک تردستی است که توپ‌ها را به بالا می‌اندازد و توپ‌ها هزار برابر سریع‌تر از معمول پایین می‌آیند و همچنان‌که پایین می‌آیند یک نور میکروموج ساطع می‌کنند. یافته‌های این تیم تحقیقاتی می‌تواند منجر به تقویت در روش‌های رزونانس مغناطیسی شود که به طور گسترده برای کشف ساختار مواد و زیست مولکول‌ها و تصویربرداری پزشکی استفاده می‌شود.
برتِت، دانشمند الکترونیک کوانتومی در CEA، می‌گوید: « نتایج ما در حوزه پردازش اطلاعات کوانتومی اهمیت بسیار دارد. در حقیقت، آنها اولین مرحله برای اتصال قوی اسپین‌های الکترونی منفرد با فوتون‌های میکروموج هستند که می‌توانند پایه یک معماری کامپیوتر کوانتومی اسپینی را تشکیل دهند.»
هدف اصلی این گروه پیدا کردن ارتباط بین اطلاعات کوانتومی ثابت و اطلاعات کوانتومی که می‌توانند با فوتون‌ها انتقال یابند، است. در کامپیوترهای امروزی اطلاعات در بیت‌های مجزا ذخیره می‌شود و هر بیت می‌تواند صفر یا یک باشد. کامپیوترهای کوانتومی به‌دلیل اینکه از کوبیت استفاده می‌کنند (و می‌توانند به طور همزمان می‌توانند مقادیر صفر و یک را اختیار کنند) در مقایسه با کامپیوترهای معمولی بسیار قدرتمندتر هستند.
یک آرایش جفت شده از کوبیت‌ها به کامپیوترهای کوانتومی این امکان را می‌دهد تا محاسبات بسیار زیادی را در یک زمان انجام دهند و اسپین‌های الکترونی می‌توانند به عنوان کوبیت‌ها استفاده شوند. مطالعه اخیر نشان می‌دهد که فوتون‌های میکروموج چگونه با اسپین‌های الکترون‌ها برای انتقال اطلاعات در یک کامپیوتر جدید، کار می‌کنند.
مورتان، استاد نانوفناوری، می‌گوید:« چیزی که آلان به آن احتیاج داریم مسیرهایی برای اتصال این سیستم‌هاست (مسیرهایی برای اتصال این اسپین‌ها به یکدیگر). لازم است تا کوبیت‌ها که محاسبات را انجام می‌دهند به یکدیگر اتصال یابند.»
در آزمایشی که در CEA فرانسه انجام شد، مقدار کوچکی از یک فرم بسیار خالص سیلیکونی با ماتریسی از اتم‌های بیسموت کاشته شد و یک مدار آلومینیوم ابررسانا به منظور ایجاد یک حفره رزونانسی کیفیت بالا بر روی آن قرار گرفت. این ساختار منجر به میزان‌سازی میکروموج‌ها می‌شود. اسپین‌های الکترون اتم‌های بیسموت به حالت برانگیخته می‌روند. در ادامه حفره میکروموج همانند یک چنگال دوشاخه موسیقی در یک رزونانس ویژه تنظیم می‌شود که در نهایت منجر به نشر یک فوتون می‌شود ( در هنگام برگشت به حالت پایه). حفره تعداد حالت‌هایی را که در آن یک فوتون می‌تواند نشر یابد، افزایش می‌دهد. این روش بسیار شبیه به خریدن بلیط‌های بخت‌آزمایی بیشتر برای افزایش شانس برنده شدن است.
به گزارش فناوری های همگرا،اتم‌های زیاد بیسموت قرار گرفته در نمونه سیلیکونی الکترون‌هایی با خصوصیات اسپینی منحصربفرد ایجاد می‌کنند که انجام آزمایش را مقدور می‌سازند.