محققان با همکاری دانشمند ایرانی با حفظ‌کردن وضعیت کوانتومی به مدت 39 دقیقه در دمای اتاق رکورد جهانی آن را شکستند.

 این رکورد مانع کلیدی ساخت رایانه‌های کوانتومی فوق سریع را از میان برداشت.

تیمی بین‌المللی از دانشمندان به رهبری استفانی سیمونز از دانشگاه آکسفورد و همکاری کامیار سعیدی از دانشگاه سیمون فریزر این آزمایش را صورت دادند.

در رایانه‌های معمولی داده‌ها در زنجیره‌ای از 1s و 0s ذخیره می‌شوند.

طی آزمایش انجام‌شده در بیت‌های کوانتومی، qubits در وضعیت برهم‌چینی (superposition) قرار گرفتند و در این وضعیت می‌توانند همزمان 1s و 0 باشند.

این امر آن‌ها را قادر می‌سازد محاسبات چندگانه را همزمان انجام دهند.

در این آزمایش تیم علمی دمای سیستمی را از -269 تا 25 سانتی‌گراد بالا برد و در چنین سیستمی اطلاعات در هسته‌های اتم‌های فسفر در سیلیکون کدبندی می‌شود.

طی این فرایند وضعیت‌های برهم‌چینی در این دما برای 39 دقیقه باقی ماند؛ این در حالی است که رکورد پیشین برای بقای چنین وضعیتی در خارج از سیلیکون و در دمای اتاق حدود دو ثانیه بود.

تیم علمی حتی دریافت که می‌تواند qubits را زمانی که دمای سیستم افزایش یافت، چند برابر کند.

استفانی سیمونز از گروه مواد دانشگاه آکسفورد و رهبر ارشد این مقاله، در این رابطه گفت: ممکن است 39 دقیقه خیلی طولانی به نظر نرسد اما با داشتن چنین قدرت و مدت بقایی، qubits می‌توانند برای ساخت رایانه‌های کوانتومی بسیار کارآمد باشند.

مایک توالت از دانشگاه سیمون فریزر نیز بر این باور است که موفقیت جدید امکان ذخیره اطلاعات طولانی‌مدت و منسجم را در دمای اتاق پیش رو می‌گذارد.

تیم علمی آزمایش خود را با یک سیلور سیلیکونی که با مقادیر کوچکی از دیگر عناصر شامل فسفر اندود شده بود (doped)، آغاز کرد و اطلاعات کوانتومی در هسته‌های اتم‌های فسفری کدبندی شد.

هر هسته‌ای دارای ویژگی کوانتومی ذاتی به نام «چرخش» است که در یک میدان مغناطیسی مانند آهن‌ربای میله‌ای مغناطیسی عمل می‌کند.

چرخش‌ها می‌توانند به صفر یا 1 یا هر زاویه‌ای بین این دو تغییر داده شوند و این امر نشان‌دهنده برهم‌چینی دو وضعیت دیگر است.

این تیم نمونه موردی‌ خود را فقط در چهار درجه سانتی‌گراد بالای صفر مطلق (-269 درجه سانتی‌گراد) آماده کرد و آن را در یک میدان مغناطیسی قرار داد.

پالس‌های میدان‌ مغناطیسی دیگری برای کج‌کردن مسیر چرخش هسته‌ای و خلق وضعیت‌های برهم‌چینی به کار رفتند.

زمانی که نمونه‌موردی در این دمای سرد نگه‌ داشته شد، چرخش‌های هسته‌ای حدود 37 درصد از یون‌ها (معیاری برای اندازه‌گیری انسجام کوانتومی) به مدت سه ساعت در وضعیت انطباق باقی ماندند.

این وضعیت زمانی که دمای سیستم به 25 درجه سانتی‌گراد افزایش یافت، به مدت 39 دقیقه بقا یافت.

این طول عمر دست کم 10 برابر طولانی‌تر از طول‌عمرهایی است که در آزمایش‌های پیشین اندازه‌گیری شده‌اند.

دانشمندان حاضر در این مطالعه سیستمی را شناسایی کرده‌اند که به نظر می‌رسد اساسا دارای هیچ نویزی نیست و qubits نیز دارای عملکرد بالایی هستند.

تیم علمی هنوز برای اجرای محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ راه طولانی در پیش دارد، زیرا چرخش‌های هسته‌ای دارای 10 میلیارد یا تعداد بیشتر یون‌های به کار رفته در این آزمایش همگی در وضعیت کوانتومی یکسان قرار گرفته بودند، اما به منظور انجام محاسبات، فیزیکدان‌ها به قراردادن qubits مختلف در وضعیت‌های مختلف نیاز دارند.

جزئیات این مطالعه در Science منتشر شده است.