একটি হীরার স্ফটিকের মধ্যে পৃথক ইলেকট্রনিক এবং পারমাণবিক স্পিনগুলিকে সম্বোধন করার জন্য একটি কৌশল জাপানের গবেষকরা তৈরি করেছেন। স্কিমটি অপটিক্যাল এবং মাইক্রোওয়েভ প্রক্রিয়াগুলিকে একত্রিত করে এবং কোয়ান্টাম তথ্যের স্টোরেজ এবং প্রক্রিয়াকরণের জন্য বড় আকারের সিস্টেম তৈরি করতে পারে।
কিছু সলিড-স্টেট স্ফটিকের ইলেকট্রনিক এবং পারমাণবিক স্পিনগুলি বড় আকারের কোয়ান্টাম কম্পিউটার এবং স্মৃতির জন্য প্রতিশ্রুতিশীল প্ল্যাটফর্ম। এই স্পিনগুলি ঘরের তাপমাত্রায় তাদের স্থানীয় পরিবেশের সাথে দুর্বলভাবে যোগাযোগ করে, যার মানে তারা কোয়ান্টাম বিট (কুবিট) হিসাবে কাজ করতে পারে যা কোয়ান্টাম তথ্য খুব দীর্ঘ সময়ের জন্য সংরক্ষণ করে। উপরন্তু, এই ধরনের স্পিনগুলি উল্লেখযোগ্য ক্ষতি ছাড়াই নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে। সাধারণত, স্পিনগুলি অপটিক্যাল আলো এবং মাইক্রোওয়েভ উভয়কেই সাড়া দেয়। অপটিক্যাল আলো ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের কারণে স্বতন্ত্র স্পিনগুলিকে অ্যাড্রেস করার ক্ষেত্রে স্থানিক নির্ভুলতার জন্য ভাল। অন্যদিকে, দীর্ঘ মাইক্রোওয়েভগুলি কোনও স্থানিক রেজোলিউশন ছাড়াই একটি স্ফটিকের সমস্ত স্পিনগুলির উচ্চ-বিশ্বস্ততা নিয়ন্ত্রণ সরবরাহ করে।
এখন, হিদেও কোসাকা এবং জাপানের ইয়োকোহামা ন্যাশনাল ইউনিভার্সিটির সহকর্মীরা পৃথক স্পিনগুলিকে মোকাবেলা করার একটি উপায় তৈরি করেছে যা অপটিক্যাল এবং মাইক্রোওয়েভ উভয় নিয়ন্ত্রণের শক্তিকে একত্রিত করে। তারা অপটিক্যাল আলো ব্যবহার করে সুনির্দিষ্টভাবে "স্পটলাইটিং" করে হীরাতে পৃথক স্পিন নিয়ন্ত্রণ করতে মাইক্রোওয়েভ ব্যবহার করেছিল। তারা তথ্য প্রক্রিয়াকরণের জন্য সাইট নির্বাচনী ক্রিয়াকলাপ প্রদর্শন করেছে এবং তথ্য স্থানান্তরের জন্য ইলেকট্রনিক এবং পারমাণবিক স্পিনগুলির মধ্যে জট তৈরি করেছে।
ডায়মন্ড এনভি কেন্দ্র
এর স্পিনগুলির জন্য, দলটি একটি হীরার স্ফটিকের নাইট্রোজেন-শূন্যতা (NV) কেন্দ্রগুলি ব্যবহার করেছিল। এগুলি ঘটে যখন একটি হীরার জালিতে দুটি প্রতিবেশী কার্বন পরমাণু একটি নাইট্রোজেন পরমাণু এবং একটি খালি স্থান দিয়ে প্রতিস্থাপিত হয়। একটি NV কেন্দ্রের গ্রাউন্ড স্টেট হল একটি স্পিন-1 ইলেকট্রনিক সিস্টেম যা তথ্য এনকোড করার জন্য কিউবিট হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।
গণনা করার জন্য, একজনকে নিয়ন্ত্রিত পদ্ধতিতে কিউবিটগুলির স্পিন অবস্থা পরিবর্তন করতে সক্ষম হতে হবে। একটি একক কিউবিটের জন্য, এটি করার জন্য চারটি কার্ডিনাল অপারেশনের একটি সেট থাকা যথেষ্ট। এগুলি হল আইডেন্টিটি অপারেশন এবং পাওলি এক্স, ওয়াই, জেড গেট, যা ব্লোচ গোলকের তিনটি অক্ষের চারপাশে ঘোরে।
ইউনিভার্সাল হলোনমিক গেটস
এই ক্রিয়াকলাপগুলি গতিশীল বিবর্তন ব্যবহার করে বাস্তবায়িত করা যেতে পারে, যেখানে একটি দ্বি-স্তরের সিস্টেম একটি ক্ষেত্র দ্বারা চালিত হয় বা কাছাকাছি অনুরণন সহ কিউবিটকে পছন্দসই অবস্থায় "ঘোরান" করার জন্য। আরেকটি উপায় হল একটি হলোনমিক গেট বাস্তবায়ন করা, যেখানে একটি বৃহত্তর ভিত্তিতে একটি রাষ্ট্রের পর্যায় পরিবর্তন করা হয় যাতে এটি দুই-স্তরের কিউবিট সাবস্পেসে পছন্দসই গেটের প্রভাব ফেলে। গতিশীল বিবর্তনের তুলনায়, এই পদ্ধতিটিকে ডিকোহেরেন্স মেকানিজমের জন্য আরও শক্তিশালী বলে মনে করা হয় কারণ অর্জিত ফেজটি বৃহত্তর রাষ্ট্রের সঠিক বিবর্তন পথের উপর নির্ভর করে না।
এই সর্বশেষ গবেষণায়, কোসাকা এবং সহকর্মীরা প্রথমে একটি নির্দিষ্ট NV কেন্দ্রে একটি লেজার ফোকাস করে তাদের কৌশলের সাইট-সিলেক্টিভিটি প্রদর্শন করে। এটি সেই সাইটের ট্রানজিশন ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন করে যাতে সমগ্র সিস্টেম সঠিক ফ্রিকোয়েন্সিতে মাইক্রোওয়েভ দ্বারা চালিত হলে অন্য কোনও সাইট সাড়া দেয় না। এই কৌশলটি ব্যবহার করে, দলটি মাইক্রোওয়েভ দ্বারা আলোকিত অনেক বড় অঞ্চলের পরিবর্তে কয়েকশ ন্যানোমিটার জুড়ে অঞ্চলগুলিকে স্পটলাইট করতে সক্ষম হয়েছিল।
এইভাবে সাইটগুলি নির্বাচন করে, গবেষকরা দেখিয়েছেন যে তারা পাওলি-এক্স, ওয়াই এবং জেড হলোনমিক গেট অপারেশনগুলি ভাল বিশ্বস্ততার সাথে (90% এর বেশি) বাস্তবায়ন করতে পারে। গেট বিশ্বস্ততা একটি আদর্শ গেটের সাথে বাস্তবায়িত গেটের কার্যকারিতা কতটা কাছাকাছি তার একটি পরিমাপ। তারা একটি মাইক্রোওয়েভ পালস ব্যবহার করে যা তার পর্যায়কে উল্টে দেয় যা প্রোটোকলগুলিকে শক্তিতে অ-অভিন্নতার জন্য শক্তিশালী করে তোলে। তারা আরও দেখায় যে প্রায় 3 ms এর একটি স্পিন কোহেরেন্স সময় রক্ষণাবেক্ষণ করা হয় এমনকি গেট অপারেশনের পরেও যা তুলনামূলক সময় নেয়।
কোয়ান্টাম স্মৃতি এবং নেটওয়ার্ক
ইলেকট্রনিক স্পিন স্টেট ছাড়াও, একটি NV-কেন্দ্রে নাইট্রোজেন নিউক্লিয়াসের সাথে যুক্ত পারমাণবিক স্পিন স্টেটও রয়েছে। এমনকি ঘরের তাপমাত্রায়, পরিবেশ থেকে বিচ্ছিন্নতার কারণে এই রাজ্যগুলি অত্যন্ত দীর্ঘজীবী হয়। ফলস্বরূপ, এনভি-সেন্টার নিউক্লিয়ার স্পিন স্টেটগুলি দীর্ঘ সময়ের জন্য কোয়ান্টাম তথ্য সংরক্ষণের জন্য কোয়ান্টাম স্মৃতি হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি সুপারকন্ডাক্টিং সার্কিটগুলির উপর ভিত্তি করে কিউবিটগুলির বিপরীত, যা তাপীয় শব্দকে কাটিয়ে উঠতে সাব মিলিকেলভিন তাপমাত্রায় থাকা প্রয়োজন এবং পরিবেশের সাথে মিথস্ক্রিয়া দ্বারা সৃষ্ট ডিকোহেরেন্সের জন্য বেশি সংবেদনশীল।
উচ্চ-রেজোলিউশন ডায়মন্ড সেন্সর হৃৎপিণ্ডে বৈদ্যুতিক স্রোতকে মানচিত্র করে
কোসাকা এবং সহকর্মীরাও এনভি কেন্দ্রে একটি ইলেকট্রনিক স্পিন এবং একটি পারমাণবিক স্পিন এর মধ্যে জট তৈরি করতে সক্ষম হয়েছিল। এটি একটি ঘটনা ফোটন থেকে এনভি কেন্দ্রের ইলেকট্রনিক স্পিন এবং তারপর নিউক্লিয়ার স্পিন কোয়ান্টাম মেমরিতে কোয়ান্টাম তথ্য স্থানান্তর করতে সক্ষম করে। এই ধরনের ক্ষমতা বিতরণ প্রক্রিয়াকরণের জন্য গুরুত্বপূর্ণ যেখানে ফোটনগুলি কোয়ান্টাম নেটওয়ার্কে একই বা ভিন্ন সিস্টেমে কিউবিটের মধ্যে তথ্য স্থানান্তর করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
লেখার মধ্যে প্রকৃতি ফোটোনিক্স, গবেষকরা বলছেন যে তাদের অপটিক্যাল অ্যাড্রেসিং প্রক্রিয়ার পরিবর্তনের সাথে, এর স্থানিক রেজোলিউশন উন্নত করা এবং একাধিক NV কেন্দ্রের মধ্যে সুসংগত মিথস্ক্রিয়া ব্যবহার করা সম্ভব হওয়া উচিত। কয়েকটি ভিন্ন কৌশল একত্রিত করলে "10,000×10×10 µm এ 10 কিউবিটের বেশি কিউবিটে নির্বাচিত অ্যাক্সেস সক্ষম করা যায়3 ভলিউম, বড় আকারের কোয়ান্টাম স্টোরেজের পথ তৈরি করে”। কোসাকা বলেছেন যে তার গ্রুপ এখন দুটি কাছাকাছি NV-কেন্দ্র ব্যবহার করে দুটি কিউবিট গেট তৈরির চ্যালেঞ্জিং কাজ করছে।
