காந்த மூலக்கூறுகளின் அடிப்படையில் குவாண்டம் தொழில்நுட்பங்களை நோக்கி முன்னேறுதல்

வலென்சியா பல்கலைக்கழகத்தின் மூலக்கூறு அறிவியல் நிறுவனத்தின் (ICMol) பங்களிப்புடன் ஒரு சர்வதேச ஆராய்ச்சி குழு, மூலக்கூறு நானோ காந்தங்களில் சுழல்-மின்சாரக் கட்டுப்பாட்டை அடைந்துள்ளது. காந்த மூலக்கூறுகளின் அடிப்படையில் குவாண்டம் சாதனங்களைத் தயாரிக்கும் போது இந்த உண்மை பெரும் நன்மைகளை வழங்குகிறது. நேச்சர் இயற்பியல் இதழில் இப்பணி வெளியிடப்பட்டுள்ளது.

குவாண்டம் கம்ப்யூட்டரின் அடிப்படை அலகுகளான குவாண்டம் பிட்கள் (Qubits) அடிப்படையிலான சாதனங்களின் வளர்ச்சியில் விஞ்ஞானம் சில காலமாக நம்பகத்தன்மையைத் தேடுகிறது. காந்தப் பொருட்களில், எலக்ட்ரான் போன்ற அடிப்படைத் துகள்களின் சுழல்-குவாண்டம் பண்பால் சாத்தியமான குவிட் வழங்கப்படுகிறது. இந்த சூழலில், சுழற்சியின் மின் கட்டுப்பாடு குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் மற்றும் பொதுவாக குவாண்டம் தொழில்நுட்பங்களின் வளர்ச்சிக்கு முக்கியமான நன்மைகளை வழங்குகிறது.

ICMol இன் பங்கேற்புடன் ஒரு சர்வதேச ஆராய்ச்சி குழு மூலக்கூறு நானோ காந்தங்களைப் பயன்படுத்தி இந்த சவாலை அடைவதன் மூலம் இந்தத் துறையில் ஒரு படி முன்னேறியுள்ளது.

“சோதனை ரீதியாக, இந்த மூலக்கூறு நானோ காந்தங்களால் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு கண்ணாடியை 2 மிமீ மூலம் பிரிக்கப்பட்ட இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையில் வைத்துள்ளோம்; சில மைக்ரோ வினாடிகளுக்கு 200 V மின்னழுத்தத்தைப் பயன்படுத்தினோம், உருவாக்கப்பட்ட மின் புலத்துடன், அவைகளுக்கிடையேயான ஒரு சுதந்திரமான தகவல்தொடர்பு பாதையின் மூலம் மூலக்கூறுகளின் குவாண்டம் நிலையை நாங்கள் கட்டுப்படுத்தினோம்.” என்று ஐசிமோலின் ஆராய்ச்சியாளர் அலெஜான்ட்ரோ கெய்டா-அரினோ சுட்டிக்காட்டுகிறார். “நானோ தொழில்நுட்ப அளவில் கூட மின்னணு சுற்றுகள் நன்கு வளர்ந்திருப்பது, காந்த மூலக்கூறுகளின் அடிப்படையில் குவாண்டம் சாதனங்களைத் தயாரிக்க எங்களுக்கு ஒரு மாதிரியாக விளங்குகிறது,” என்று அவர் மேலும் கூறினார்.

ஆய்வு ஒரு மூலக்கூறு நானோ காந்தத்தை பகுப்பாய்வு செய்கிறது, இதில் ஒரு சிறிய கட்டமைப்பு விலகல் குவாண்டம் நிலைகளுக்கு இடையில் மாற்றங்களை நிறுவுகிறது, இது ‘அணு கடிகாரம்’ நிலைகள் என்று அழைக்கப்படுகிறது, அவை காந்த சட்டத்திலிருந்து பாதுகாக்கப்படுகின்றன. இது முரண்பாட்டைக் குறைக்கிறது, இதனால் தகவல்களை முன்னோடியில்லாத அளவிற்கு கட்டுப்படுத்துகிறது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் குவாண்டம் சுழல் நிலையின் ஒத்திசைவான மின் கட்டுப்பாட்டைக் காட்டி, காந்தமாக ஒரே மாதிரியான ஆனால் எதிர்-சார்புடைய இரண்டு மூலக்கூறுகளை சுயாதீனமாக கையாள அதை சுரண்டுகின்றனர். “இது க்யூபிட் கட்டுப்பாட்டிற்கான முக்கிய மின்சாரத் துறையின் திறனை முதல் முறையாகப் பயன்படுத்திக் கொள்ள அனுமதிக்கிறது” என்கிறார் குழு உறுப்பினர் ஜோஸ் ஜே. பல்டோவ். “எங்கள் அணுகுமுறையின் நன்மை என்னவென்றால், காந்தப்புலங்களில் என்ன நடக்கிறது என்பதற்கு மாறாக, ஒரு மின்சார புலம் விரைவாகவும் நானோ அளவிலான சுழல் குயூபிட்களின் அளவையும் கட்டுப்படுத்த முடியும் என்பதை நிருபிக்கிறது” என்கிறார் ICMol  ஆராய்ச்சியாளரும் குழுவின் உறுப்பினருமான யூஜெனியோ கொரோனாடோ.

இந்த கண்டுபிடிப்புகள் குவாண்டம் தொழில்நுட்பங்களில் மூலக்கூறு சுழற்சியின் பயன்பாட்டிற்கு வழி வகுக்கிறது. வலென்சியா பல்கலைக்கழக விஞ்ஞானிகளைத் தவிர, ஆக்ஸ்போர்டு பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஆய்வில் பங்கேற்கின்றனர். இந்த ஆராய்ச்சி FATMOLS (Fault Tolerant Molecular Spin செயலி) திட்டத்தின் ஒரு பகுதியாகும், இது மூலக்கூறு காந்தத்தை அடிப்படையாகக் கொண்ட குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் வளர்ச்சியில் பணிபுரியும் ஒரே ஐரோப்பிய கூட்டமைப்பு மற்றும் ஐரோப்பிய மானியங்களால் நிதியளிக்கப்படுகிறது.

References:

• Ghirri, A., Candini, A., & Affronte, M. (2017). Molecular spins in the context of quantum technologies. Magnetochemistry, 3(1), 12.
• Toninelli, C., Gerhardt, I., Clark, A. S., Reserbat-Plantey, A., Götzinger, S., Ristanović, Z., … & Orrit, M. (2021). Single organic molecules for photonic quantum technologies. Nature Materials, 1-14.
• Fataftah, M. S., & Freedman, D. E. (2018). Progress towards creating optically addressable molecular qubits. Chemical Communications, 54(98), 13773-13781.
• Gaita-Ariño, A., Luis, F., Hill, S., & Coronado, E. (2019). Molecular spins for quantum computation. Nature chemistry, 11(4), 301-309.