کامپيوترهاي کوانتومي نسل بعدي رايانه‌ها هستند.
اما اين رايانه‌هاي مدرن شباهت‌هايي با کامپيوترهاي کلاسيک کنوني دارند. يکي از گروه‌هاي پژوهشي محاسبه‌گر‌هاي کوانتومي اخيراً بنيادي ترين بخش کامپيوتر کوانتومي، يعني همان کوانتوم بيت يا کيوبيت را با استفاده از يک ترانزيستور معمولي از نوع CMOS ساختند. اين ترانزيستور در ريزپردازنده‌هاي رايانه‌هاي امروزي به کار مي‌رود.
سازندگان ترانزيستورها همواره تلاش مي‌کنند با رعايت قانون مور، ترانزيستورها را تا جايي که ممکن است کوچک‌تر بسازند. اما اثرات کوانتومي اين روند کوچک‌سازي را محدود مي‌کنند. زيرا از جايي به بعد با کوچک شدن ابعاد وسايل الکترونيکي کارآيي نرمال آن‌ها از بين مي‌رود. اين آثار کوانتومي که در حالت عادي نامطلوب هستند، براي رايانه‌هاي کوانتومي مزيت محسوب مي‌شوند. اخيراً محققان مرکز پژوهشي ACS در تحقيقات مفصل خود نشان داده‌اند که مي‌توان ترانزيستورهاي CMOS را آنقدر کوچک ساخت که به عنوان کيوبيت استفاده شود. اين کيوبيت مي‌تواند نماينده‌ي دو حالت کوانتومي مجزا و يا يک حالت تبهگني باشد.
فرناندو گونزالز زالبا (M. Fernando Gonzalez-Zalba) که محقق آزمايشگاه هيتاچي کمبريج (Hitachi Cambridge Laboratory) است مي‌گويد: «ما مي‌خواستيم نشان دهيم که بسياري از فناوري‌هاي پرکاربرد در رايانه‌هاي کلاسيک، در تکنولوژي ساخت رايانه‌هاي کوانتومي هم کاربرد دارند.»
ممکن است اين دستاورد تازه منجر به باز شدن دروازه‌هاي جديدي در پردازنده‌هاي کوانتومي شود و دانشمندان ديگر ناچار نباشند به دنبال طرح‌هاي جديد براي کيوبيت‌هاي سيليکوني باشند. محققان در آزمايش خود ترانزيستورها را با کانال‌هايي که زاويه‌هاي قائم داشتند احاطه کردند. اين کانال‌ها مانند باندهاي مستطيل شکل بر روي يک صفحه‌ي سيليکوني قرار دارند. ميدان الکتريکي اعمال شده بر سيستم در گوشه‌هاي مستطيل بيشتر است و باعث مي‌شود در گوشه‌هاي مستطيل سد کوانتومي ايجاد شود. اگر دماي محيط به کمتر از 20 کلوين برسد، يک الکترون تنها مي‌تواند از ميان سدهاي کوانتومي تونل‌زني کند.
اين الکترون بر اساس توزيعي که دارد مي‌تواند دو حالت کوانتومي ايجاد کند. در انطباق با علم کامپيوتر، يکي از اين حالت‌ها «صفر» و ديگري «يک» ناميده مي‌شود و اين حالت‌ها کيوبيت يا همان بيت‌هاي کوانتومي هستند. اما اگر يک ولتاژ قوي به طور سريع و به عنوان يک پالس به الکترون وارد شود، اين دو حالت بر هم منطبق مي‌شوند و تبهگني (coherence) به وجود مي‌آيد. مدتي که حالت تبهگني دوام مي‌آورد، تنها 100 پيکوثانيه است.
ورودي ترانزيستور مي‌تواند حالت کوانتومي الکترون را در کانال تشخيص دهد. براي اين منظور، محققان يک مدار ال سي با فرکانس 350 مگاهرتز را به ترانزيستور متصل مي‌کنند. اگر الکترون در يکي از دو حالت کوانتومي باشد و يا در حالت انطباق قرار داشته باشد، ظرفيت الکتروني نقاط کوانتومي به آرامي تغيير مي‌کند و باعث نوسان يک نوسانگر با فرکانس 350 مگاهرتز مي‌شود.
هم اکنون زمان تبهگني کوانتومي يا همان زماني که يک کيوبيت مي‌تواند اطلاعات را ذخيره کند، 100 پيکوثانيه است. اما محققان تلاش مي‌کنند اين مقدار را تا يک نانوثانيه افزايش دهند. بديهي است که مدت زمان ذخيره‌سازي اطلاعات بايد کافي باشد تا عملگرهاي مختلف بتوانند زمان کافي را در اختيار داشته باشند. در مواردي که خطايي در سيستم بروز مي‌کند و نياز به تصحيح خطا وجود دارد، نياز به زمان بيشتر معلوم مي‌شود. اين عملگرها نياز به دو يا چند کيوبيت دارند که با هم درهم‌‌تنيده شوند و هنگامي که‌اندازه‌گيري‌هايي توسط يکي از آن‌ها انجام مي‌شود بلافاصله ساير کيوبيت‌هاي مرتبط هم تحت تأثير قرار بگيرند. شرط لازم براي اينکه درهم‌تنيدگي رخ دهد اين است که دو ترانزيستور به اندازه‌ي کافي به هم نزديک باشند و يا با استفاده از يک نانوسيم سيليکوني واحد به هم متصل باشند. در اين صورت الکترون‌ها مي‌توانند جفت‌هاي الکترواستاتيکي را تشکيل دهند.
گونزالز زالبا مي‌گويد: «درهم‌تنيدگي به گونه‌اي است که اگر شما عملگري را روي يک الکترون اعمال کنيد، حالت کوانتومي الکترون ديگر که در يک ترانزيستور جداگانه قرار دارد هم تحت تأثير قرار مي‌گيرد. اين برهم‌کنش‌هاي کوانتومي مي‌توانند مجموعه‌اي از عناصر را که براي فعاليت کامپيوترهاي کوانتومي لازم هستند تکميل کنند.»
منبع:
IEEE
CMOS - WIKI
Can Quantum Dots Compute? (IEEE)
منابع مفید:
کامپیوترهای کوانتمی چگونه کار می کنند؟
کامپیوترهای کوانتمی
محاسبات کوانتمی
نقاط و سلول های کوانتمی: پژوهش ها و کاربردها
محاسبه با قانون مور
پایان عصر سیلیکون
نقاط کوانتمی چیست؟
نقاط کوانتمی و اتلاف انرژی
How Quantum Computers Work?
Quantum Dot - WIKI
Science Daily