Mohammad Choucair นักวิจัยจาก The University of Sydney ได้เผยแพร่บทความของตนผ่านเว็บไซต์ The Conversation ว่าด้วยเรื่องของวัสดุจากการเผาแนฟทาลีน (naphthalene) (สารประกอบหนึ่งที่พบในลูกเหม็น) สามารถใช้เป็นคิวบิตที่คงสถานะ superposition ในอุณหภูมิห้องได้ โดยอ้างอิงจากงานวิจัยที่ทำร่วมกับนักวิจัยประเทศสวิตเซอร์แลนด์และประเทศเยอรมนี

เท้าความก่อนว่าสถานะ superposition ของคิวบิตนั้นเปราะบางต่อสภาพแวดล้อมภายนอกมาก (แม้กระทั่งภายในวงจรเองก็สามารถรบกวนกันได้) ทำให้เมื่อถึงช่วงเวลาหนึ่ง ข้อมูลในคิวบิตจะถูกสภาพแวดล้อมรบกวนจนไม่สามารถใช้งานได้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงต้องรักษาสถานะของคิวบิตไว้ให้มีอายุการใช้งาน (lifetime) มากที่สุดก่อนที่ข้อมูลจะสูญสลายไป รวมทั้งตัวคิวบิตเองก็ต้องมีอายุการใช้งานนานพอที่จะใช้ในการประมวลผลด้วย

งานวิจัยของ Choucair นั้นจะเน้นไปที่การรักษาสถานะสปินของอิเล็กตรอน (electron spin) ซึ่งเป็นสถานะแทนคิวบิตได้อย่างหนึ่ง โดยคอมพิวเตอร์จะต้องรักษาสถานะสปินของอิเล็กตรอนให้มีอายุการใช้งานเกิน 100 นาโนวินาที (10⁻⁷ วินาที) ถึงจะสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้านการประมวลผลเชิงควอนตัมได้

ที่ผ่านมา การรักษาสถานะสปินจะต้องแช่แข็งให้วงจรคอมพิวเตอร์มีอุณหภูมิต่ำมากๆ ในระดับที่ใกล้เคียงกับอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ตลอดการใช้งาน (ศูนย์สัมบูรณ์หรือ absolute zero คือ 0 K หรือ −273.15°C อุณหภูมิที่ต่ำที่สุดของวัสดุใดๆ ไม่มีทางที่จะมีอุณหภูมิต่ำกว่านี้ได้แล้ว ที่มา - วิชาการ.คอม) หรือถ้าจะให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำงานที่อุณหภูมิห้องได้นั้น ก็ต้องผลิตวงจร (ในงานวิจัยของ Choucair บอกว่าเป็นส่วนของ host material) จากวัสดุที่ผ่านกระบวนการ “isotopic engineering” ซึ่งต้องใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในการผลิตกันเลยทีเดียว (ตัวอย่างงานวิจัยประเภทนี้ที่ผมหาเจอในกูเกิลคือ “Isotope engineering of silicon and diamond for quantum computing and sensing applications” อ่านเพิ่มเติมที่ arXiv) นั่นทำให้การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อใช้งานทั่วไปเป็นไปได้ยาก

ทีมวิจัยจึงนำเสนอให้ใช้ “carbon nanospheres” เป็นคิวบิต (carbon-based qubit) โดยวัสดุนี้สามารถรักษาสถานะสปินของอิเล็กตรอนที่อุณหภูมิห้อง 300 K (26.85°C) ได้ยาวนานถึง 175 นาโนวินาที (นานกว่า graphene ถึง 100 เท่า) และผลิตขึ้นมาได้ง่ายเพียงแค่เผาแนฟทาลีนเท่านั้น (ในเปเปอร์รายงานว่าเผาแนฟทาลีนที่อุณหภูมิ 473 K หรือ 199.85°C เป็นเวลา 72 ชั่วโมง) นอกจากนี้ ตัว carbon nanospheres ยังมีสมบัตินำไฟฟ้า (conductivity) และใช้เป็นวัสดุร่วมกับซิลิกอนในการผลิตเป็นวงจรคอมพิวเตอร์ได้อีกด้วย

Choucair เชื่อว่าการค้นพบนี้จะทำให้การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นไปได้มากยิ่งขึ้น และเผยว่าขั้นต่อไปของการวิจัยคือการสร้างเกตควอนตัม (quantum gates เหมือนกับ logic gates บนคอมพิวเตอร์ทั่วๆ ไป) สำหรับ carbon nanospheres

งานวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communication ผู้ที่สนใจสามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ครับ

(ซ้าย) แนฟทาลีน (ขวา) carbon nanospheres ที่ได้มาจากการเผาแนฟทาลีน (ที่มาภาพ - Mohammad Choucair บน The University of Sydney)

ที่มา - The Conversation, The University of Sydney, Cosmos, งานวิจัยตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communication