أغشية النيوبيوم الرقيقة تعيق البتات الكمومية سريع
يشبه الحاسوب الكمومي أوركسترا حيث يجب على كل عازف أن يعزف بتناغم تام. إذا أخطأ أي آلة، تنهار اللحن. في هذا التشبيه، تلعب البتات الكمومية فائقة التوصيل دور العازفين، و«خطؤها» هو فقدان الترابط الكمومي. لطالما بحث العلماء عن مصدر الاضطرابات، وأحد الأسباب مختبئ في المادة نفسها التي صنع منها البت الكمومي.
النيوبيوم معدن يصبح فائق التوصيل عند درجات حرارة منخفضة جدًا ولا يقاوم التيار الكهربائي. يُستخدم في صناعة قاعدة لبتات الترانس مون (transmon). ولكن حتى في مثل هذا المعدن توجد عدم تجانسات غير مرئية: مناطق صغيرة حيث يتعطل التوصيل الفائق، أو دوامات من المجال المغناطيسي تخترق الداخل. تعمل هذه العيوب مثل الاحتكاك للحالات الكمومية — بسببها يفقد البت الكمومي المعلومات بشكل أسرع.
لرؤية هذه النقاط الضعيفة، استخدم الفيزيائيون التصوير المغناطيسي البصري. هذه طريقة يتم فيها «إضاءة» المجال المغناطيسي بضوء مستقطب، وتظهر في الصورة كيفية اختراق التدفق لفيلم النيوبيوم. واتضح أن الصورة تعتمد على كيفية ترسيب المعدن. في بعض العينات، كان التدفق يتقدم بشكل شبه منتظم، مثل الماء في رمل مستوٍ. وفي أخرى، ظهرت انهيارات متفرعة — كان التدفق يندفع إلى الداخل بشكل حاد وغير منتظم، مثل البرق في عاصفة رعدية.
بقياس كيفية توزع المجال المغناطيسي في الفيلم، حسب الباحثون كثافة التيار الحرجة — وهي كمية توضح مدى جودة احتفاظ فائق التوصيل بالتيار دون خسائر. قورنت هذه الكمية بجودة البتات الكمومية المصنوعة من نفس الأغشية. وتبين: كلما كان تجانس النيوبيوم أسوأ، كلما فقد البت الكمومي حالته الكمومية بشكل أسرع. وكان الجاني الرئيسي هو الطبقة الرقيقة على الحدود بين النيوبيوم والركيزة السيليكونية.
هذه الطبقة الحدودية تشبه وصلة غير مستوية بين قطعتين من لعبة التركيب. حتى لو كانت القطع نفسها مصنوعة جيدًا، تنشأ فجوات وإجهادات عند الوصلة. هناك تستوطن أنظمة كمومية «طفيلية» تسرق الطاقة من البت الكمومي. الآن بعد أن عرف العلماء أين ينظرون، يمكنهم تغيير ظروف الترسيب لجعل الحدود أنظف وأكثر استواءً. عندها ستعزف أوركسترا البتات الكمومية بتناغم أكبر.
لا يُستخدم النيوبيوم في الحواسيب الكمومية فحسب، بل أيضًا في مغناطيسات أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي وفي مسرعات الجسيمات — في كل مكان نحتاج فيه إلى موصلية فائقة عند درجات حرارة «دافئة» نسبيًا (حوالي 9 درجات فوق الصفر المطلق).
في مسلسل «ديفز» (Devs)، يعاني الحاسوب الكمومي من عدم استقرار البتات الكمومية، ويبحث الأبطال عن مصدر الاضطرابات — تمامًا مثل العلماء الذين يتعاملون مع عيوب أغشية النيوبيوم.