குறைபாடுள்ள வைரங்கள் எவ்வாறு குறைபாடற்ற குவாண்டம் நெட்வொர்க்குகளுக்கு வழிவகுக்கும்?

ஒரு வைரத்தில் ஏதேனும் ஒரு குறைபாடு அல்லது “காலியிடம்” இருந்து வருகிறது.  அங்கு படிக அணிகோவையில் காணாமல் போன கார்பன் அணு உள்ளது. எலக்ட்ரானிக்ஸ் ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு காலியிடங்கள் நீண்ட காலமாக ஒரு ஆர்வமான துறையாக இருந்தன. ஏனெனில் அவை ‘குவாண்டம் முனைகள்’ அல்லது தரவு பரிமாற்றத்திற்கான குவாண்டம் நெட்வொர்க்கை உருவாக்கும் புள்ளிகளாகப் பயன்படுத்தப்படலாம். வைரத்தில் ஒரு குறைபாட்டை அறிமுகப்படுத்தும் வழிகளில் ஒன்று நைட்ரஜன், சிலிக்கான் அல்லது தகரம் போன்ற மற்ற உறுப்புகளுடன் பொருத்துவதாகும். ACS ஃபோட்டானிக்ஸில் சமீபத்தில் வெளியிடப்பட்ட ஒரு ஆய்வில், ஜப்பானைச் சேர்ந்த விஞ்ஞானிகள் வைரத்தில் உள்ள முன்னணி-காலி மையங்கள் குவாண்டம் முனைகளாக செயல்பட சரியான பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன என்பதை நிரூபிக்கின்றன. “ஈயம் போன்ற கனரக குழு IV அணுவின் பயன்பாடு அதிகரித்த வெப்பநிலையில் உயர்ந்த சுழல் பண்புகளை உணர ஒரு எளிய உத்தி, ஆனால் முந்தைய ஆய்வுகள் முன்னணி-காலியிட மையங்களின் ஒளியியல் பண்புகளை துல்லியமாக நிர்ணயிப்பதில் உறுதியாக இல்லை” என்கிறார் இணை பேராசிரியர் தகயுகி இவாசாகி டோக்கியோ இன்ஸ்டிடியூட் ஆப் டெக்னாலஜி (டோக்கியோ டெக்), ஆய்வுக்கு தலைமை தாங்கியவர்.

குவாண்டம் முனைகளில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் தேடும் மூன்று முக்கிய பண்புகள் சமச்சீர், சுழல் ஒத்திசைவு நேரம் மற்றும் பூஜ்ஜிய ஃபோனான் கோடுகள் (ZPL-Zero Phonon Lines), அல்லது படிக லட்டு அதிர்வுகளின் குவாண்டாவை பாதிக்காத மின்னணு மாற்றம் கோடுகள். சமச்சீர் சுழற்சியை எவ்வாறு கட்டுப்படுத்துவது என்பது பற்றிய நுண்ணறிவை வழங்குகிறது (எலக்ட்ரான்கள் போன்ற துணை அணு துகள்களின் சுழற்சி வேகம்), ஒத்திசைவு என்பது இரண்டு துகள்களின் அலை இயல்பில் ஒத்த தன்மையைக் குறிக்கிறது, மேலும் ZPL கள் படிகத்தின் ஒளியியல் தரத்தை விவரிக்கிறது.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் வைரத்தில் முன்னணி-காலியிடங்களை உருவாக்கி, பின்னர் படிகத்தை அதிக அழுத்தம் மற்றும் அதிக வெப்பநிலைக்கு உட்படுத்தினர். பின்னர் அவர்கள் ஒளியியல் பண்புகளை ஆராய மற்றும் சுழல் பண்புகளை மதிப்பிட அனுமதிக்கும் ஒரு நுட்பமான ஒளிமின்மை நிறமாலைமானியைப் பயன்படுத்தி முன்னணி காலியிடங்களைப் ஆராய்ந்தனர். குவாண்டம் நெட்வொர்க்குகளின் கட்டுமானத்திற்கு பொருத்தமான ஒரு வகை டைஹெட்ரல் சமச்சீர்மை முன்னணி-காலியிடங்களில் இருப்பதை அவர்கள் கண்டறிந்தனர். இந்த அமைப்பு ஒரு பெரிய “தரை நிலை பிளவை” காட்டியதையும் அவர்கள் கண்டறிந்தனர், இது அமைப்பின் ஒத்திசைவுக்கு பங்களிக்கும் ஒரு பண்பு ஆகும். இறுதியாக, படிகங்கள் மீது தாக்கிய உயர் அழுத்த உயர்-வெப்பநிலை சிகிச்சையானது, உள்வைப்பு செயல்பாட்டின் போது படிக அணிகோவைக்கு ஏற்பட்ட சேதத்தை மீட்டெடுப்பதன் மூலம் ZPL-களின் சீரற்ற விநியோகத்தை ஒடுக்கியது. சிலிக்கான் மற்றும் தகரம் காலியிடங்களைக் கொண்ட முந்தைய அமைப்புகளை விட அதிக வெப்பநிலையில் (9K) முன்னணி-காலியிடங்கள் நீண்ட சுழல் ஒத்திசைவு நேரத்தைக் கொண்டிருப்பதை ஒரு எளிய கணக்கீடு காட்டுகிறது.

“எங்கள் ஆய்வில் நாங்கள் முன்வைத்த உருவகப்படுத்துதல், குவாண்டம் லைட்-மேட்டர் இடைமுகத்தை உருவாக்குவதற்கு முன்னணி-வெற்றிட மையம் ஒரு அத்தியாவசிய அமைப்பாக இருக்கும் என்று தோன்றுகிறது. இது குவாண்டம் நெட்வொர்க்குகளின் பயன்பாட்டில் முக்கிய கூறுகளில் ஒன்று” என்று ஒரு நம்பிக்கையான டாக்டர்  இவாசாகி முடிக்கிறார்.

இந்த ஆய்வு குவாண்டம் நெட்வொர்க் பயன்பாடுகளுக்கான நம்பகமான பண்புகளைக் கொண்ட பெரிய (குறைபாடுள்ள) வைர செதில்கள் மற்றும் மெல்லிய (குறைபாடுள்ள) வைர படங்களின் எதிர்கால வளர்ச்சிக்கு வழி வகுக்கிறது.

References:

• Sung, J. (2021). Handbook of industrial diamonds: Superabrasives and diamond syntheses.
• Oyekunle, D. T., Zhou, X., Shahzad, A., & Chen, Z. (2021). Review on carbonaceous materials as persulfate activators: structure–performance relationship, mechanism and future perspectives on water treatment. Journal of Materials Chemistry A, 9(13), 8012-8050.
• Daiss, S., Langenfeld, S., Welte, S., Distante, E., Thomas, P., Hartung, L., & Rempe, G. (2021). A quantum-logic gate between distant quantum-network modules. Science, 371(6529), 614-617.