क्वांटम कंप्यूटर, जैसा कि किसी ने भी जिसने कभी इसकी कीमत देखी है, जानता है, एक दर्द हैं। उन्हें परम शून्य (-459°F) के करीब तापमान की आवश्यकता होती है, जो मोटे तौर पर गहरे अंतरिक्ष का तापमान है और, संयोग से, अधिकांश लोगों के धैर्य का तापमान भी है। लेकिन स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नैनोस्केल ऑप्टिकल उपकरण विकसित किया है जो प्रकाश और इलेक्ट्रॉनों के क्वांटम गुणों को जोड़कर कमरे के तापमान पर काम करता है। इससे छोटी, सस्ती क्वांटम प्रौद्योगिकियां हो सकती हैं जो वास्तव में क्रायोजेनिक सुविधा की आवश्यकता के बिना लंबी दूरी पर सूचना प्रसारित कर सकती हैं।
यह उपकरण फोटॉनों (प्रकाश कणों) और इलेक्ट्रॉनों के बीच उलझाव को सक्षम बनाता है, जो क्वांटम संचार के लिए एक मूलभूत आवश्यकता है। जेनिफर डायोन, स्टैनफोर्ड में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग की प्रोफेसर और नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित अध्ययन की वरिष्ठ लेखिका, नोट करती हैं कि सामग्री नई नहीं है, लेकिन जिस तरह से वे इसका उपयोग कर रहे हैं वह नया है। "यह इलेक्ट्रॉनों और फोटॉनों के बीच एक बहुत ही बहुमुखी, स्थिर स्पिन कनेक्शन प्रदान करता है जो क्वांटम संचार का सैद्धांतिक आधार है," वह कहती हैं। "हालांकि, आमतौर पर, इलेक्ट्रॉन अपने स्पिन को उपयोगी होने के लिए बहुत जल्दी खो देते हैं।" इसलिए उन्होंने इसे ठीक किया।
यह कॉन्ट्रैप्शन मोलिब्डेनम डाइसेलेनाइड (MoSe2) की एक पतली पैटर्न वाली परत को एक नैनोपैटर्न वाले सिलिकॉन सब्सट्रेट के साथ जोड़ता है। मोलिब्डेनम डाइसेलेनाइड एक परिवार का हिस्सा है जिसे ट्रांज़िशन मेटल डाइकैल्कोजेनाइड्स (TMDCs) कहा जाता है, जो अपने ऑप्टिकल और क्वांटम गुणों के लिए बेशकीमती हैं। सिलिकॉन नैनोस्ट्रक्चर वह उत्पन्न करते हैं जिसे शोधकर्ता "ट्विस्टेड लाइट" कहते हैं। फेंग पैन, एक पोस्टडॉक्टरल विद्वान और पेपर के पहले लेखक, बताते हैं: "फोटॉन कॉर्कस्क्रू फैशन में घूमते हैं, लेकिन इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि हम इन घूमने वाले फोटॉनों का उपयोग इलेक्ट्रॉनों पर स्पिन प्रदान करने के लिए कर सकते हैं जो क्वांटम कंप्यूटिंग का दिल हैं।" तो यह मूल रूप से एक बहुत छोटा, बहुत सटीक प्रकाश-मोड़ने वाला उपकरण है।
पैटर्न वाले नैनोस्ट्रक्चर दृश्य प्रकाश तरंगदैर्ध्य के आकार के होते हैं - नग्न आंखों के लिए अदृश्य, लेकिन फोटॉनों को ऊपर या नीचे घुमाने में हेरफेर करने के लिए महत्वपूर्ण। यह ट्विस्टेड लाइट इलेक्ट्रॉन स्पिन के साथ उलझ सकती है, जिससे क्यूबिट बनते हैं, जो क्वांटम सूचना के निर्माण खंड हैं। पारंपरिक कंप्यूटिंग में, यह शून्य और एक होता है; क्वांटम में, क्यूबिट चीजों को अलग तरीके से करने के लिए क्वांटम प्रभावों का शोषण करते हैं। बड़ी बाधा डिकोहेरेंस रही है - क्वांटम जानकारी का नुकसान - जिसे रोकने के लिए आमतौर पर अत्यधिक शीतलन की आवश्यकता होती है। यह उपकरण कमरे के तापमान पर काम करके इसे दरकिनार करता है, जिससे यह अपेक्षाकृत सस्ता और व्यावहारिक हो जाता है।
यदि आगे विकसित किया जाता है, तो यह तकनीक सुरक्षित संचार, उन्नत संवेदन, उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग और कृत्रिम बुद्धिमत्ता को बढ़ावा दे सकती है। टीम ने अपने असामान्य क्वांटम विशेषताओं के लिए TMDC सामग्री चुनी, स्टैनफोर्ड शोधकर्ताओं फैंग लियू और टोनी हेंज के साथ सहयोग किया, जो इन सामग्रियों में विशेषज्ञ हैं। "यह सब इस सामग्री और हमारी सिलिकॉन चिप पर निर्भर करता है," पैन कहते हैं। "एक साथ, वे फोटॉनों और इलेक्ट्रॉनों के बीच स्पिन के एक मजबूत युग्मन को बनाने के लिए प्रकाश के घुमाव को कुशलतापूर्वक सीमित और बढ़ाते हैं। यह क्वांटम अवस्था को स्थिर करता है जो क्वांटम संचार को संभव बनाता है।"
शोधकर्ता उपकरण में सुधार जारी रख रहे हैं, बेहतर प्रदर्शन के लिए अतिरिक्त TMDC सामग्री और संयोजनों की खोज कर रहे हैं। वे यह भी जांच कर रहे हैं कि क्या ये सिस्टम नई क्वांटम क्षमताओं को अनलॉक कर सकते हैं जो वर्तमान में कमरे के तापमान पर संभव नहीं हैं। एक दीर्घकालिक लक्ष्य ऐसे उपकरणों को बड़े क्वांटम नेटवर्क में एकीकृत करना है, जिसके लिए प्रकाश स्रोतों, मॉड्यूलेटर, डिटेक्टरों और इंटरकनेक्ट में सुधार की आवश्यकता है। अंततः, वे उम्मीद करते हैं कि क्वांटम घटकों को रोजमर्रा के इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए लघुकृत किया जा सकता है। "यदि हम ऐसा कर सकते हैं, तो शायद किसी दिन हम सेल फोन में क्वांटम कंप्यूटिंग कर सकते हैं," पैन मुस्कुराते हुए कहते हैं। "लेकिन यह 10 साल से अधिक की योजना है।" तो अपनी सांस न रोकें, लेकिन शायद एक बहुत ठंडे फोन की योजना बनाना शुरू करें।