دانشمندان به تازگی با ساخت نیمه‌رسانای ابررسانا توانستند ۲۵ میلیون پیوند جوزفسون روی یک ویفر جای دهند و تراشه‌های کوانتومی بسازند.
گروهی از پژوهشگران موفق شدند نوعی نیمه‌رسانای جدید بسازند که امکان ترکیب محاسبات کلاسیک و کوانتومی را روی یک تراشه فراهم می‌کند.
این پیشرفت بر پایه ایجاد فاز ابررسانایی در ماده‌ای است که در آن یک اتم از هر هشت اتم ژرمانیم با عنصر ابررسانای گالیوم جایگزین شده است. این دستاورد می‌تواند مسیر تولید نسل جدید فناوری‌های کوانتومی و حسگرهای بسیار حساس را هموار کند.
به گفته محققان، این روش اجازه می‌دهد ۲۵ میلیون پیوند جوزفسون، یکی از اجزای کلیدی پردازش کوانتومی، روی یک ویفر دو اینچی جای بگیرد. این تراکم بالا می‌تواند توسعه رایانه‌های کوانتومی و دستگاه‌های حسگر دقیق را متحول کند.
در صنعت نیمه‌رسانا دوپینگ یا تزریق کنترل‌شده عناصر خارجی نقش مهمی در تنظیم رفتار الکترونیکی دارد. اما این بار دانشمندان با روشی پیشرفته توانستند سطح دوپینگ را به حدی افزایش دهند که ژرمانیم به یک ماده ابررسانا تبدیل شود.
دستیابی به ابررسانایی از طریق دوپینگ برای نخستین بار در سال ۱۹۶۴ مطرح شد، اما تلاش‌های گذشته برای بمباران ژرمانیم و سیلیکون با فلزات ابررسانا به دلیل آسیب دیدن شبکه بلوری موفقیت‌آمیز نبود.
جعفر شبانی فیزیک‌دان دانشگاه نیویورک توضیح می‌دهد در روش‌های پیشین شبکه بلوری آسیب می‌دید و مشخص نبود آیا ابررسانایی از یک فاز جدید ناشی می‌شود یا از تجمع فلزات در ماده.
تغییر بزرگ زمانی رخ داد که تیم پژوهشی از اپیتاکسی باریکه مولکولی استفاده کرد. در این روش ماده لایه‌به‌لایه و با دقت اتمی روی سطح رشد داده می‌شود و گالیوم و ژرمانیم هم‌زمان رسوب داده می‌شوند.
این تکنیک محدودیت‌های دوپینگ بیش از حد و تجمع ماده را حذف می‌کند. شبانی می‌گوید در این روش هیچ قانون فیزیکی نقض نمی‌شود.
نمونه‌های تولیدشده برای بررسی دقیق به دانشگاه کوئینزلند ارسال شد و محققان با تجهیزات پیشرفته ساختار اتمی لایه ابررسانا را تحلیل کردند. جولیان استیل پژوهشگر دانشگاه کوئینزلند می‌گوید ترکیب لایه‌های بلوری و اندازه‌گیری‌های دقیق تصویری روشن از ماده کوانتومی جدید ارائه داده است.
دمای گذار ابررسانایی در این ماده ۳.۵ کلوین گزارش شده که بالاتر از دمای گذار گالیوم خالص است و پرسش‌های تازه‌ای درباره سازوکار ابررسانایی مطرح می‌کند.
بررسی‌ها نشان داد شبکه بلوری بسیار منظم و کم‌اختلال است که برای ساخت لایه‌های متناوب نیمه‌رسانا و ابررسانا اهمیت دارد و می‌تواند چگالی ادوات کوانتومی روی تراشه را افزایش دهد.
شبانی می‌گوید این روش اجازه می‌دهد ۲۵ میلیون پیوند جوزفسون روی یک ویفر جای گیرد که هرکدام می‌تواند یک کیوبیت یا پیکسل حسگر باشد. نظم بلوری بالا همچنین می‌تواند ناهمدوسی کیوبیت‌ها را کاهش دهد، مشکلی که یکی از بزرگ‌ترین موانع توسعه پردازش کوانتومی است.
مزیت دیگر این دستاورد سازگاری کامل با زیرساخت جهانی تولید نیمه‌رساناهای سیلیکونی و ژرمانیمی است. شبانی می‌گوید اکنون یک زیرساخت تریلیون دلاری وجود دارد که می‌تواند ابررسانایی را وارد ابزارهای خود کند و زمان رسیدن به رایانش کوانتومی حالت‌جامد را به‌شدت کاهش دهد.
نتایج این پژوهش که در Nature Nanotechnology منتشر شده، می‌تواند زمینه‌ساز عصر جدید تراشه‌های ترکیبی باشد، جایی که محاسبات کلاسیک و کوانتومی بدون جدایی و روی یک بستر مشترک انجام می‌شوند.
