چگونه گرافن، رایانه کوانتومی خانگی را امکان‌پذیر می‌کند؟
رایانه‌های کوانتومی می‌توانند محاسبات را براساس احتمال حالت یکشی قبل از اندازه‌گیری انجام دهند و بنابراین می‌توانند اطلاعات بیشتری را پردازش کنند. این نوع رایانه‌ها را می‌توان در شرکت‌های آنالیز داده مانند گوگل یا مایکروسافت مشاهده کرد. با این حال، به نظر می‌رسد که آنها به دلیل بزرگ و گران بودن از تعمیر و نگهداری بالایی برخوردار باشند و برای کار به دماهای بسیار پایین، مانند منفی ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد نیاز دارند.
این محدودیت‌ها باعث می‌شود رایانه‌های کوانتومی برای پیشرفت‌هایی مانند استفاده از گرافن بکر برای پردازش و ذخیره اطلاعات کوانتومی مناسب باشند. با پیشرفت‌های نوآورانه از جمله رایانه‌های کوانتومی کوچک‌تر و ساده‌تر که می‌توانند به طور مؤثر در دمای اتاق کار کنند، پیشرفت در این زمینه می‌تواند تحول‌آفرین باشد.
رایانه‌های کوانتومی در سال‌های اخیر به دلیل مزیت بالقوه نسبت به رایانه‌های کلاسیک در نتیجه عملکرد و سرعت بالاتر، محبوبیت بیشتری یافته‌اند. با این وجود، کاربردهای عملی، توسعه آنها را محدود کرده و منجر به تحقیقات نظری بسیاری شده است.
تحقیق درباره رایانه‌های کوانتومی
محققان موسسه فناوری هند (IIT) در بمبئی و موسسه ماکس-بورن در آلمان در زمینه پیشرفت رایانه‌های کوانتومی و رفع چالش‌ها برای دسترسی بیشتر این رایانه‌ها همکاری کرده‌اند. این تحقیق در ۱۸ مارس سال ۲۰۲۱ در مجله Optica منتشر شد.
دانشمندان در زمینه ولی‌ترونیک (valleytronics)، یک حوزه آزمایشی در نیمه‌هادی‌ها با تمرکز بر درجه آزادی در دره (Valley) در ساختار باند الکترونیکی به موفقیت دست یافتند. تحقیقات آنها روشی را برای انجام عملیات دره در یک لایه اتمی واحد یا گرافن بکر، که در آن اتم‌های کربن در یک صفحه شش ضلعی ساختار یافته‌اند، نشان داد.
پروفسور گوپال دیکسیت از موسسه فناوری هند در مورد استراتژی جدید برای شکستن تقارن دره گرافن از طریق استفاده از نور اظهار کرد: «با تنظیم قطبش دو پرتویی نور با توجه به شبکه مثلثی گرافن، ما این امکان را پیدا کردیم که تقارن بین دو اتم کربن مجاور را بشکنیم و از ساختار نوار الکترونیکی در مناطق نزدیک به دره‌ها استفاده کنیم و قطبی شدن دره را القا کنیم.»
این کشف، دره‌های الکترون را در گرافن، که پیش از این به دلیل تقارن ذاتی گرافن برای عملیات دره قابل اجرا نبود، توضیح داد. با این تحقیق جدید، خواص پیشگام گرافن به مرزهای جدیدی رسیده‌است.
گرافن و رایانه‌های کوانتومی
اهمیت بهره‌برداری از دره‌ها در گرافن در امکان افزایش و بهینه‌سازی فرآیندهای کدگذاری و پردازش اطلاعات در یک رایانه کوانتومی نهفته‌است. تاباندن نور می‌تواند باعث شود الکترون‌های درون دره‌ها چند صد تریلیون بار در ثانیه حرکت کنند، که پتانسیل عملکرد ولی‌ترونیک با سرعت پتراهرتز را نشان می‌دهد. چنین پیشرفتی برای رایانه‌های کلاسیک نوین تحول‌آفرین خواهد بود؛ زیرا این سرعت یک میلیون بار سریع‌تر خواهد بود.
تحقیقات بیشتر در حوزه این مفهوم و پیشرفت رایانه‌های کوانتومی می‌تواند از توسعه صنعت الکترونیک پشتیبانی کند و فناوری مؤثر و کارآمدی را فراهم آورد که با بالاترین تقاضاها از سوی رهبران صنعت و مصرف‌کنندگان روبرو خواهد شد. دکتر دیکسیت اضافه کرد که این تحقیقات انجام‌شده توسط گروهی از دانشمندان «می‌تواند راه را به سوی رایانه‌های کوانتومی مینیاتوری و چندمنظوره باز کند که می‌تواند توسط مردم عادی، مانند لپ‌تاپ مورد استفاده قرار گیرد.»
آینده رایانه‌های کوانتومی
پتانسیل ایجاد لپ‌تاپ با پیشرفت فناوری رایانه‌های کوانتومی از کمک به مصرف‌کنندگان و حمایت از نیازهای پیشرفته گرفته تا استفاده از فناوری رایانه کوانتومی به شیوه‌ای در دسترس در آزمایشگاه‌ها و امکانات تحقیقاتی به ارتقای صنعت الکترونیک و نیمه‌هادی کمک می‌کند. کاربردهای این نوآوری بالقوه می‌تواند به طور قابل‌توجهی تمام صنایع را تحت‌تاثیر قرار دهد و از تمام انواع تحقیقات بدون سوگیری مالی پشتیبانی کند.
با بی پایان ماندن چالش‌های این صنعت، داشتن یک فناوری جدید مانند فناوری رایانه کوانتومی در داخل خانواده‌ها، تحول‌آفرین خواهد بود و کیفیت لوازم الکترونیکی وارد شده به بازار را به طرز چشمگیری تغییر می‌دهد. ارائه این فناوری مقرون‌به‌صرفه و باکیفیت برای مصرف‌کنندگان جهت برآورده کردن تقاضاها، می‌تواند به ایجاد یک جامعه در حال توسعه و فناورانه کمک بیشتری کند.
افزایش بهره‌وری، سرعت و قابلیت اطمینان فناوری از طریق معرفی احتمالی رایانه‌های کوانتومی با استفاده از گرافن گامی به سوی عصر جدیدی از نوآوری خواهد بود.
درباره نویسنده «مرضیه خان»
مرضیه خان عاشق تحقیقات علمی و نوآوری است. او دارای فوق لیسانس فناوری نانو و پزشکی ترمیمی و همچنین لیسانس علوم زیست پزشکی است. او در حال حاضر در NHS کار می‌کند و درگیر یک برنامه نوآوری علمی است.