این تیم تحقیقاتی گره‌ای در مقیاس نانو طراحی کرده‌اند که از مواد مغناطیسی و نیمه‌هادی تشکیل شده‌است و می‌تواند با دیگر گره‌ها ارتباط برقرار کند و با استفاده از لیزر نوری فوتون‌ها را منتشر و جذب کند.
این شبکه کوانتومی با هدف بهره‌بردن از مشخصات فیزیکی نور و موادی با ویژگی‌های مکانیک کوانتومی طراحی شده‌است و در مقایسه با شبکه‌های فعلی، راهی سریع‌تر و مؤثرتر برای ارتباط، رایانش و شناسایی اشیاء و مواد ارائه می‌دهد.
با توجه به توضیحات مجله نیچر کامیونیکیشن[۱]، این گره از مجموعه‌ای از ستون‌ها با ارتفاع 120 نانومتر تشکیل شده‌است. این ستون‌ها بخشی از یک پلتفرم هستند که شامل لایه‌های نازک اتمی مواد نیمه‌هادی و مغناطیسی می‌شوند.
این مجموعه به‌نوعی طراحی شده‌است که هر ستون به‌عنوان یک نشان‌گر موقعیت برای حالت کوانتوم به‌کار می‌رود که می‌تواند با فوتون‌ها ارتباط برقرار کند و فوتون‌های مرتبط می‌توانند با توانایی بالا با دیگر موقعیت‌ها در سراسر دستگاه و هم‌چنین مجموعه‌های مشابه در دیگر موقعیت‌ها ارتباط داشته‌باشند. این قابلیت اتصال گره‌های کوانتومی در سراسر شبکه به واسطه مفهوم در هم تنیدگی امکان‌پذیر است. این مفهوم پدیده‌ای از مکانیک کوانتوم است که در ابتدایی‌ترین مرحله، چگونگی اتصال ویژگی‌های ذره‌‌ها در مرحله زیراتمی را توصیف می‌کند.
نیک وامیواکاس[۲]، پروفسور اپتیک کوانتومی و فیزیک کوانتومی در دانشگاه روچستر می‌گوید: «این اقدام آغاز فرآیندی است که به ما امکان ذخیره کردن اطلاعات در موقعیت‌های فضایی و تعامل با فوتون‌ها را می‌دهد.»
حرکت به‌سمت کوچک‌کردن رایانه کوانتومی
این پروژه بر اساس فعالیت‌هایی ایجاد شده‌است که در سال‌های اخیر در آزمایشگاه وامیواکاس با استفاده از دیسلنید تنگستن (WSw2) انجام شده‌اند که به اصطلاح ساختار ناهمگون ون در والز[۳] نامیده می‌شود. این فعالیت‌ها از لایه‌های نازک اتمی استفاده می‌کند تا یک فوتون را تولید و جذب کند.
این دستگاه جدید از چیدمان جدید WSe2 استفاده می‌کند که در آن، ستون‌ها با لایه زیرین کرومیوم تریودید (CrI3) با واکنش‌پذیری بالا پوشیده شده‌اند. در جایی که لایه‌های ناحیه کوچک نازک و 12 میکرونی اتمی با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند، CrI3 یک بار الکتریکی به WSe2 منتقل کرده و در کنار هر ستون یک حفره ایجاد می‌کند.
در فیزیک کوانتوم، هر حفره با نبود یک الکترون مشخص می‌شود. هر حفره دارای بار مثبت، خاصیت مغناطیسی شمال یا جنوب دارد و بنابراین، هر حفره یک نانو‌آهنربا هم محسوب می‌شود.
زمانی‌که دستگاه داخل نور لیزر قرار می‌گیرد واکنش‌هایی رخ می‌دهد که نانو‌آهنربا را به مجموعه‌های چرخشی فعال نوری جداگانه تبدیل می‌کند که فوتون را منتشر کرده و با آن تعامل می‌کند. در حالی‌که پردازش اطلاعات قدیمی به بیت‌هایی تقسیم می شود که مقادیر آنها صفر یا یک است، حالت‌های چرخشی می توانند همزمان صفر و یک را رمزگذاری کنند و امکانات پردازش اطلاعات را گسترش دهند.
آروناب موکرجی[۴]، نویسنده اول مقاله این طرح پژوهشی و دانشجوی تحصیلات تکمیلی، می‌گوید: «توانایی کنترل جهت چرخش حفره با استفاده از CrI3 که اندازه آن فقط 12 میکرون است، می‌تواند جایگزین استفاده از میدان‌های مغناطیسی خارجی حاصل سیم‌پیچ‌های مغناطیسی بسیار بزرگ شود، سیم‌پیچ‌هایی مشابه مواردی که در سیستم‌های MRI استفاده شده‌اند. این کار به کوچک‌کردن کامپیوتر‌های کوانتومی بر اساس یک چرخش حفره کمک زیادی خواهد کرد.»
هنوز در حال بررسی: آیا مقوله درهم تنیدگی در فاصله دور امکان‌پذیر است؟
محققان در ساخت این دستگاه با دو چالش روبه‌رو شدند:
یکی از چالش‌ها ایجاد یک محیط بی اثر است که در آن بتوان با CrI3 با واکنش‌پذیری بالا کار کرد. در همین زمان بود که همکاری با دانشگاه کرنل شروع شد. وامیواکاس می‌گوید: «آنها در زمینه کرومیوم تریودید متخصصان زیادی داشتند و چون ما برای اولین بار بود که در این زمینه کار می‌کردیم، تصمیم گرفتیم با آنها در این زمینه همکاری کنیم.» برای مثال CrI3 در گلاو‌باکسی پر از نیتروژن ساخته شد تا از ورود اکسیژن و رطوبت جلوگیری شود.
چالش دیگری که محققان با آن درگیر بودند، تعیین پیکربندی مناسب برای ستون‌ها بود تا مطمئن شوند که حفره‌ها و دره‌های چرخشی هر ستون می‌توانند به‌درستی ثبت شوند تا در نهایت به دیگر گره‌ها متصل شوند.
چالش بزرگ دیگری که وجود دارد، یافتن راهی برای ارسال فوتون‌ها در فاصله‌های دور از طریق فیبر نوری به دیگر گره‌هاست و این کار باید در حالی انجام شود که خاصیت در هم‌تنیدگی آنها حفظ شود.
وامیواکاس می‌گوید: «هنوز دستگاهی طراحی نکرده‌ایم که چنین رفتاری را تقویت کند ولی در آینده به آن خواهیم رسید.»
