Structural control of two-level defect density revealed by high-throughput correlative measurements of Josephson junctions
यह अध्ययन एक उच्च-थ्रूपुट, डेटा-संचालित कार्यप्रणाली स्थापित करता है जो दो-स्तरीय प्रणाली (टू-लेवल सिस्टम) दोषों के विशिष्ट संरचनात्मक मूलों की पहचान करने के लिए हजारों जोसेफसन जंक्शनों में फैब्रिकेशन मापदंडों और सूक्ष्म संरचनात्मक विशेषताओं के बीच सहसंबंध स्थापित करता है, जिससे अंततः अनुकूलित इलेक्ट्रोड फैब्रिकेशन के माध्यम से दोष घनत्व में दो-तिहाई की कमी प्राप्त होती है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
कल्पना कीजिए कि आप क्वांटम भौतिकी के नियमों का उपयोग करके एक सुपर-फास्ट, सुपर-स्मार्ट कंप्यूटर बनाने की कोशिश कर रहे हैं। यह कंप्यूटर, जिसे क्वांटम प्रोसेसर कहा जाता है, अविश्वसनीय रूप से शक्तिशाली है, लेकिन यह बहुत नाजुक भी है। यह ताश के पत्तों के घर को एक तूफान में संतुलित करने जैसा है।
इन पत्तों में से कुछ "पत्ते" सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों से बने सूक्ष्म सर्किट हैं। और "तूफान" आपके कंप्यूटर की सामग्रियों के भीतर मौजूद सूक्ष्म, अदृश्य दोषों के कारण होता है। क्वांटम कंप्यूटिंग की दुनिया में, इन दोषों को टू-लेवल सिस्टम्स (TLS) कहा जाता है।
TLS को अपने कंप्यूटर की दीवारों के भीतर रहने वाले नन्हे, शरारती भूतों के रूप में सोचें। अधिकांश समय, वे केवल फुसफुसाते हैं, जिससे थोड़ा सा स्टैटिक शोर पैदा होता है। लेकिन कभी-कभी, एक भूत बहुत करीब आ जाता है (एक क्यूबिट के पास) और चिल्लाने लगता है। जब ऐसा होता है, तो पत्ता गिर जाता है और कंप्यूटर अपनी याददाश्त खो देता है। इसे डिकोहेरेंस (decoherence) कहा जाता है, और यही वह सबसे बड़ा कारण है जिसकी वजह से वर्तमान में क्वांटम कंप्यूटर को बड़ा बनाना (स्केल अप करना) बहुत कठिन है।
लंबे समय तक, वैज्ञानिकों को पता था कि ये भूत अस्तित्व में हैं, लेकिन उन्हें यह नहीं पता था कि वे कहाँ रहते हैं या उन्हें कैसे हटाया जाए। यह बिना टॉर्च के अंधेरे कमरे में भूत को पकड़ने की कोशिश करने जैसा था।
बड़ी सफलता: एक हाई-थ्रूपुट डिटेक्टिव एजेंसी
इस शोध के वैज्ञानिकों ने अनुमान लगाना बंद करने और जांच शुरू करने का निर्णय लिया। उन्होंने भूतों को खोजने और यह समझने के लिए कि वे कैसे प्रकट होते हैं, एक विशाल "डिटेक्टिव एजेंसी" बनाई।
उन्होंने इसे सरल चरणों में इस प्रकार किया:
1. जाल (द रेज़ोनेटर)
एक एकल कमरे (एकल क्यूबिट) में एक-एक करके भूतों को खोजने के बजाय, उन्होंने एक विशाल गोदाम बनाया जिसमें 6,000 छोटे कमरे (जोसेफसन जंक्शन) आपस में जुड़े हुए थे। उन्होंने इन कमरों को एक विशाल जाल की तरह काम करने के लिए ट्यून किया। यदि गोदाम में कहीं भी कोई भूत (TLS) होता, तो वह जाल में फंस जाता और एक विशिष्ट "पिंग" की आवाज़ करता। इसने उन्हें एक समय में केवल एक के बजाय सैकड़ों भूतों को एक साथ पकड़ने की अनुमति दी।
2. सूक्ष्मदर्शी (द STEM)
एक बार जब उन्होंने भूतों को पकड़ लिया, तो उन्हें यह देखने की ज़रूरत थी कि वे कहाँ छिप रहे हैं। उन्होंने उसी चिप्स को लिया जिनका उपयोग उन्होंने प्रयोग के लिए किया था और उन्हें एक अत्यंत शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी (जिसे ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप कहा जाता है) के नीचे देखने के लिए उन्हें काटकर अलग किया। इसने उन्हें धातु की ग्रेन स्ट्रक्चर (दानेदार संरचना) देखने की अनुमति दी—कल्पना कीजिए कि ईंटों से बनी एक दीवार को देख रहे हैं। क्या ईंटें छोटी और ऊबड़-खाबड़ हैं? या वे बड़ी और चिकनी हैं?
3. संबंध (वह "आहा!" क्षण)
"भूतों की संख्या" (जितने TLS वे मिले) की तुलना "ईंट की संरचना" (धातु के दाने) से करके, उन्हें एक बड़ा सहसंबंध मिला।
- पुराना तरीका: जब उन्होंने धातु की परतों को पतला बनाया, तो "ईंटें" (एल्युमीनियम के दाने) छोटी और ऊबड़-खाबड़ थीं। इससे कई दरारें और खुरदरे किनारे बन गए जहाँ "भूत" छिपना पसंद करते थे।
- नया तरीका: जब उन्होंने धातु की परतों को अधिक मोटा बनाया, तो "ईंटें" बहुत बड़ी और चिकनी हो गईं। इसका मतलब था कम दरारें और छिपने के लिए कम जगह।
जादुई ट्रिक: मोटा होना बेहतर है
उनकी खोज का सबसे रोमांचक हिस्सा एक सरल नियम है: धातु की दीवारों को मोटा बनाएं।
जब उन्होंने अपने सर्किट में एल्युमीनियम की परतों की मोटाई बढ़ाई, तो "भूतों" (TLS) की संख्या दो-तिहाई कम हो गई।
इसे इस तरह सोचें:
- पतली दीवारें टूटी हुई लकड़ियों से बनी एक सस्ती, कमजोर बाड़ की तरह हैं। एक लोमड़ी (दोष) आसानी से अंतराल से निकल सकती है।
- मोटी दीवारें एक ठोस, चिकनी कंक्रीट की बाधा की तरह हैं। लोमड़ी के पास छिपने के लिए कोई जगह नहीं है और वह अंदर नहीं आ सकती।
यह क्यों महत्वपूर्ण है
इस पेपर से पहले, वैज्ञानिकों का मानना था कि इन दोषों को कम करने का एकमात्र तरीका सर्किट को छोटा बनाना है (जो कठिन है और इसकी शक्ति को सीमित करता है)। उन्हें लगा कि दोष केवल सामग्रियों का एक स्वाभाविक, अपरिवर्तनीय हिस्सा हैं।
यह पेपर साबित करता है कि हम भूतों को नियंत्रित कर सकते हैं। केवल यह बदलकर कि हम सर्किटों को कैसे बनाते हैं (धातु को मोटा करके), हम दोषों की संख्या को काफी कम कर सकते हैं।
मुख्य बात:
यह शोध हमें बेहतर क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए एक स्पष्ट ब्लूप्रिंट देता है। गणनाओं को बर्बाद करने के बाद भूतों को पकड़ने के बजाय, अब हम अपने "घरों" को इस तरह बना सकते हैं कि भूतों का अंदर आना असंभव हो जाए। यह क्वांटम कंप्यूटरों को वास्तविक दुनिया की समस्याओं को हल करने के लिए विश्वसनीय बनाने की दिशा में एक बड़ा कदम है, जैसे कि नई दवाओं को डिजाइन करना या जटिल कोड को तोड़ना।
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