Ερευνητές επιδεικνύουν κβαντικό ολοκληρωμένο κύκλωμα που αποτελείται από λίγα μόνο άτομα

Μηχανικοί στο Σίδνεϊ παρουσίασαν ένα κβαντικό ολοκληρωμένο κύκλωμα που αποτελείται από λίγα μόνο άτομα. Ελέγχοντας με ακρίβεια τις κβαντικές καταστάσεις των ατόμων, ο νέος επεξεργαστής μπορεί να προσομοιώσει τη δομή και τις ιδιότητες των μορίων με τρόπο που θα μπορούσε να ξεκλειδώσει νέα υλικά και καταλύτες. 
Το νέο κβαντικό κύκλωμα προέρχεται από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW) και μια start-up εταιρεία που ονομάζεται Silicon Quantum Computing (SQC). Αποτελείται ουσιαστικά από 10 κβαντικές κουκκίδες με βάση τον άνθρακα, ενσωματωμένες σε πυρίτιο, με έξι μεταλλικές πύλες που ελέγχουν τη ροή των ηλεκτρονίων μέσω του κυκλώματος. Ακούγεται αρκετά απλό, αλλά το κλειδί βρίσκεται στη διάταξη αυτών των ατόμων άνθρακα σε κλίμακα υπονανομέτρων. Σε σχέση μεταξύ τους, είναι τοποθετημένα με ακρίβεια ώστε να μιμούνται την ατομική δομή ενός συγκεκριμένου μορίου, επιτρέποντας στους επιστήμονες να προσομοιώσουν και να μελετήσουν τη δομή και τις ενεργειακές καταστάσεις αυτού του μορίου με μεγαλύτερη ακρίβεια από ποτέ.

Στην παρουσίαση, τακτοποίησαν τα άτομα άνθρακα στο σχήμα της οργανικής ένωσης πολυακετυλενίου, η οποία αποτελείται από μια επαναλαμβανόμενη αλυσίδα ατόμων άνθρακα και υδρογόνου με ένα εναλλασσόμενο σχέδιο απλών και διπλών δεσμών άνθρακα μεταξύ τους. Για να προσομοιώσει αυτούς τους δεσμούς, η ομάδα τοποθέτησε τα άτομα άνθρακα σε διαφορετικές αποστάσεις μεταξύ τους. Στη συνέχεια, παρείχαν ηλεκτρικό ρεύμα μέσα στο κύκλωμα για να ελέγξουν αν θα ταίριαζε με την υπογραφή ενός φυσικού μορίου πολυακετυλενίου -- και τα κατάφεραν. Σε άλλες δοκιμές, η ομάδα δημιούργησε δύο διαφορετικές εκδοχές της αλυσίδας κόβοντας δεσμούς σε διαφορετικά σημεία και οι προκύπτουσες εντάσεις ρεύματος ταίριαζαν απόλυτα με τις θεωρητικές προβλέψεις. Η σημασία αυτού του νέου κβαντικού κυκλώματος, λέει η ομάδα, είναι ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη πιο περίπλοκων μορίων, τα οποία θα μπορούσαν τελικά να δώσουν νέα υλικά, φαρμακευτικά προϊόντα ή καταλύτες. Αυτή η έκδοση 10 ατόμων βρίσκεται ακριβώς στο όριο αυτού που μπορούν να προσομοιώσουν οι κλασικοί υπολογιστές, επομένως τα σχέδια της ομάδας για ένα κβαντικό κύκλωμα 20 ατόμων θα επέτρεπαν την προσομοίωση πιο πολύπλοκων μορίων για πρώτη φορά.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature.