“`html

“`

الآن، تمكن الباحثون في [[LINK6]]معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من تقليل حجم الكيوبتات [[LINK6]]، وذلك بطريقة تقلل من التداخل الذي يحدث بين الكيوبتات المجاورة. وقد زاد باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من عدد الكيوبتات الفائقة التوصيل القابلة لإضافتها إلى الجهاز بمقدار 100 ضعف.

قال ويليام أوليفر، مدير مركز هندسة الكم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “نحن نُعنى بتصغير الكيوبتات وتحسين جودتها. على عكس تقليص الترانزستورات التقليدية، حيث يُهم فقط العدد، فإن الأعداد الكبيرة من الكيوبتات ليست كافية، بل يجب أن تكون عالية الأداء أيضًا. التضحية بالأداء من أجل عدد الكيوبتات ليست عملية مفيدة في حوسبة الكم. يجب أن يمشيا معًا”.

إن مفتاح هذا الارتفاع الكبير في كثافة الكيوبت وتقليل التداخل يرجع إلى استخدام المواد ثنائية الأبعاد، وبالتحديد عازل البورون النتريد السداسي الأوجه (hBN) ثنائي البعد. أظهر باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن طبقات أحادية الذرة قليلة من hBN يمكن أن تُكدَّس لتشكيل العازل في مكثفات الكيوبت فائق التوصيل.

مثل غيرها من المكثفات، تأخذ المكثفات في هذه الدوائر فائقة التوصيل شكل ساندويتش يُوضع فيه مادة عازلة بين لوحين معدنيتين. والفرق الكبير في هذه المكثفات هو أن الدوائر فائقة التوصيل لا يمكنها العمل إلا عند درجات حرارة منخفضة للغاية – أقل من 0.02 درجة فوق الصفر المطلق (-273.15 درجة مئوية).

تقاس وحدات الكمّ فائقة التوصيل عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 20 ملّي كلفن في ثلاجة التخفيف.نَاثان فيسك/معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

في هذا البيئة، المواد العازلة المتاحة لهذا الغرض، مثل أكسيد السيليكون PE-CVD أو نتريد السيليكون، بها العديد من العيوب التي تُعتبر مفرطة الفقدان لتطبيقات الحوسبة الكمومية. لتجاوز هذه القصور في المواد، تستخدم معظم الدوائر الفائقة التوصيل ما يُسمى بالمكثفات المُستوية. في هذه المكثفات، تُوضع الصفائح جنباً إلى جنب بشكل جانبي، بدلاً من وضعها فوق بعضها البعض.

نتيجة لذلك، فإنّ الركيزة السيليكونية المتأصلة أسفل الألواح، ودرجة أقلّ الفراغ فوق الألواح، تعملان كعازل للمكثف. السيليكون المتأصل نقي كيميائيًا، وبالتالي يحتوي على قليل من العيوب، ويزيد الحجم الكبير من تخلّف المجال الكهربائي عند واجهات الألواح، وكلّ ذلك يؤدي إلى مكثف منخفض الخسارة. ينتهي حجم كلّ لوح جانبي في هذا التصميم المفتوح الوجه بكونه كبيرًا جدًا (عادةً 100 في 100 ميكرومتر) من أجل تحقيق السعة المطلوبة.

في محاولة للابتعاد عن التكوين الجانبي الكبير، شرع باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في البحث عن عازل يحتوي على عدد قليل جدًا من العيوب ويتوافق مع ألواح المكثف فائقة التوصيل.

“`html

قال الكاتب المشارك جول وانغ، عالم بحوث في مجموعة أنظمة الكم الهندسية في مختبر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا للأبحاث الإلكترونية: “لقد اخترنا دراسة hBN لأنه العازل الأكثر استخدامًا في بحوث المواد ثنائية الأبعاد بسبب نقائه وخامله كيميائيًا”.

استخدم باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على جانبي hBN المادة الفائقة التوصيل ثنائية الأبعاد، ثنائي السيلينيوم النيوبيوم. وفقًا لوانغ، فإن أحد الجوانب الأكثر صعوبة في تصنيع المكثفات هو العمل مع ثنائي السيلينيوم النيوبيوم، الذي يتأكسد في ثوانٍ عندما يتعرض للهواء. وهذا يتطلب أن يتم تجميع المكثف في صندوق قفازات مليء بغاز الأرجون.

في حين أن هذا قد يُعقد من الناحية الظاهرية توسيع نطاق إنتاج هذه المكثفات، إلا أن وانغ لا يعتبر هذا عاملاً محدودًا.

“`

يقول وانغ: “العاملان اللذان يُحددان معامل الجودة للمكثف هما الواجهتان بين المادتين. بمجرد صنع الساندويتش، تُغلق الواجهتان، ولا نلاحظ أي تدهور ملحوظ بمرور الوقت عند تعرضه للجو.”

ويعود هذا الافتقار للتدهور إلى أن حوالي 90% من المجال الكهربائي محصور داخل هيكل الساندويتش، لذا فإن أكسدة السطح الخارجي لـ ثنائي سيلينيد النيوبيوم لا تلعب دورًا كبيرًا بعد الآن. وهذا يجعل مساحة المكثف أصغر بكثير، ويفسر انخفاض التداخل بين الكيوبيتات المجاورة.

وأضاف وانغ: “ستكون التحديات الرئيسية لتكبير التصنيع هي نمو رقائق hBN والموصلات الفائقة ثنائية الأبعاد مثل ثنائي سيلينيد النيوبيوم على نطاق رقائق، وكيفية تراكب هذه الأفلام على نطاق رقائق.”

يعتقد وانغ أن هذا البحث قد أظهر أن hBN ثنائي الأبعاد هو مرشح جيد للعزل للموجهات فائقة التوصيل. ويقول إن العمل التحضيري الذي قام به فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا سيعمل كخريطة طريق لاستخدام مواد هجينة ثنائية الأبعاد أخرى لبناء دوائر فائقة التوصيل.

المصدر: المصدر