تیمی بین المللی یک اتم هیبریدی جدید را شناسایی کرده اند که میتواند برای پیشبرد کامپیوتر های کوانتمی مورد استفاده قرار گیرد.این تصویر یک نقشه چگالی الکترونی از ماده است.تصویر قیفی یا گرداب شکل در سمت چپ و پایین شکل یک اتم ارسنیک است.تصویر شبه نعلبکی در مرکز هم نقشه ای است از پیوندهای الکترونی اتمهای مختلف(هر نقطه نشاندهنده یک مکان است)نقاط زرد سمت چپ بالای قسمت مرکزی هم الکترونها،در ویژه حالتهای کوانتمی هستند.

رفتار منحصر به فرد یک مولکول در یک تراشه کامپیوتری سیلیکونی منجر به کشفی شده است که درها را به روی محاسبات کوانتمی در نیم رساناها میگشاید.

محققان طی یک مقاله در مجله  Nature Physics روش ساخت یک مولکول هیبریدی جدید را توضیح داده اند که در این مولکول ویژه حالتهای کوانتمی میتواند بصورتی دلخواه و عمدی دستکاری شود که البته این موضوع گامی لازم در  جهت ساخت کامپیوتر های کوانتمی است.

Gerhard Klimeck استاد مهندسی کامپیوتر و برق دانشگاه  Purdue  میگوید:

" تا کنون محاسبات کوانتمی در مقیاس بزرگ چیزی شبیه به رویا بود . این پیشرفت ممکن است نتواند ظرف سریعتر از 10 سال ما را به کامپیوترهای کوانتمی برساند، اما رویای ما درباره چنین ماشینهایی، اکنون واقعی تر هستند."

مکانیسم کامپیوتر های سنتی از 50 سال قبل، یعنی زمان کامپیوتر های اتاق سایز!، تغییر نکرده است. این کامپیوتر ها هنوز از بیت های اطلاعات (0 و 1) برای ذخیره و پردازش اطلاعات استفاده میکنند . در مقابل ، کامپیوتر های کوانتمی ، رفتار های عجیب و غریب کشف شده در فیزیک کوانتمی را تحت کنترل در  خواهند آورند تا از آنها کامپیوترهایی خلق شود که از بیت های کوانتمی (qubit)برای حمل اطلاعات استفاده میکند.این گونه کامپیوتر ها این قابلیت را دارند که اطلاعات بیشتری را (از نظر افزایش نمایی!)پردازش کنند.

مثلا اگر شما از یک کامپیوتر سنتی بخواهید شماره تلفن یک شخص را در دفترچه تلفن جستجو کند،کامپیوتر تمام اسامی را به ترتیب میخواند تا به شماره مورد نظر برسد.البته کامپیوتر ها این کار را سریعتر از آدمها انجام میدهند اما در هر دو ،روش کار ترتیبی است.اما کامپیوتر های کوانتمی میتوانند همزمان در تمام نامهای دفترچه تلفن جستجو کنند!

هم چنین کامپیوتر های کوانتمی میتوانند از رفتار های عجیب و غریب مکانیسمهای کوانتمی!

–آنهایی که حتی برای فیزیکدانها هم بر خلاف منطق هستند- از روشهای به سختی قابل فهم،به نفع خود استفاده کنند.

برای مثال ،دو کامپیوتر کوانتمی می توانند از هر فاصله قابل تصوری (حتی از این طرف تا آن طرف منظومه شمسی!) بصورت آنی با هم ارتباط برقرار کنند.

آلبرت انیشتین در دهه 1930 در نامه ای به ادوین شرودینگر نوشت که در یک ویژه حالت کوانتمی یک شبکه باروت هم مولکولهای منفجر شده و هم منفجر نشده دارد!!(ایده ای که بعدها شرودینگر را به سمت ابداع آزمایش فکری مشهورش یعنی گربه در جعبه هدایت کرد.)

این ویژه حالت های کوانتمی نه این نه آن (یا هم این هم آن!) چیزی هستند که در این مولکول جدید به سادگی با تغییر ولتاژ قابل کنترل اند.

تا کنون جدال اصلی ، بر سر ساخت کوبیت ها بود. یعنی همان نیم رسانای کامپیوتری که حالت های کونتمی اش قابل کنترل باشد.

Klimeck میگوید:

" شما اگر بخواهید یک کامپیوتر کوانتمی بسازید،باید قادر باشید اشغال ترازها را کنترل کنید.

ما میتوانیم جای الکترون در این اتم مصنوعی را کنترل کنیم و در نتیجه ترازها یا ویژه حالات را تنها با کاربرد یک میدان الکتریکی خارجی ، تحت اختیار در آوریم. "

این کشف زمانی شروع شد که Sven Rogge و همکارانش در دانشگاه تکنولوژی Delft در هلند مشغول آزمایش درباره ترانزیستورهای نانو سایزی بودند که تاثیرات ناخالصی غیر عمدی (dopant)زا نشان میدادند . محققان خواصی را در ویژگیهای جریان ولتاژ ترانزیستور کشف کردند که نشان می داد الکترونها به وسیله یک تک اتم حمل شده اند.اما واضح نبود چه ناخالصی باعث ایجاد این اثرات میشد.

Lloyd Hollenberg  و  همکارانش در دانشگاه  Melbourne  در استرالیا ، قادر به ساخت یک پردازنده کوانتمی با پایه سیلیکون شدند که اساس آن بر استفاده از یک ناخالصی منحصر به فرد بود.

Hollenberg میگوید:

" تیم متوجه شد اندازه گیری ها ، تنها در صورتی معقول هستند که فرض شود مولکول از دو قسمت ساخته شده : یک انتها حاوی مولکولهای ارسنیک جاسازی شده در سیلیکون و انتهای دیگر مولکولی مصنوعی شکل گرفته در نزدیکی سطح ترانزیستور . یک تک الکترون هم در سرتاسر دو انتها پراکنده بود.

نکته عجیب در مورد انتهای سطح مولکول این بود که وقتی ما جریان الکتریکی را در ترانزیستور بکار میبردیم ، چیزی شبیه به یک محصول مصنوعی رخ میداد و بنابر این مولکول میتواند ساختگی تلقی شود.هیچ معادلی برای چنین مولکولی بطور طبیعی در دنیای اطراف ما وجود ندارد . "

Klimeck همراه با Rajib Rahman یک نسخه به روز شده از برنامه مدل سازی نانو الکترونیک (NEMO 3-D) را ، به منظور شبیه سازی مواد در سایز 3 میلیون اتم، ایجاد کرده است.

 Klimeck اشاره میکند:

" ما به چنین مدلی از تعداد زیادی اتم نیاز داشتیم تا ویژگیهای کوانتمی جدید بسط داده شده را مشاهده کنیم."

شبیه سازی نشان داد که مولکول جدید یک هیبرید است ،با اتمهای ساخته شده به صورت طبیعی از ارسنیک با شکل معمول کروی و همچنین یک اتم مصنوعی جدید،در انتهای دیگر به شکل 2 بعدی مسطح شده.

محققان فهمیدند که بوسیله کنترل کردن ولتاژ توانسته اند یک الکترون را وادار کنند به سر دیگر مولکول برود یا در یک ویژه حالت میانه باشد.

Rogge میگوید:

" این کشف امکانات کنونی ما برای طراحی ماشین الکترونیک را نیرو میبخشد.

آزمایشها ما را به این درک رساند که تجهیزات اکترونیک صنعتی ما اکنون به سطحی رسیده اند که ما میتوانیم حالت یک تک اتم را مطالعه یا دستکاری کنیم و این حدی است نهایی ! شما نخواهید توانست به کوچکتر از این دست یابید!