گرافین لایه‌ای از اتم‌های کربن به ضخامت یک اتم است. گری استیل (Gary Steele) و همکارانش، طبلی را با جای دادن چندلایه از گرافین به قطر 4 میکروموج در یک تراشه سیلیکونی ایجاد کرده‌ کرده‌اند. این طبل در مجاورت یک حفره میکروموج از ابررسانا قرار گرفته که با تغییر مکان دادن آلیاژی فلزی بر روی یک تراشه ایجاد شده است، و فوتون‌های میکروموج قادر هستند بین این ساختارها حرکت کنند.

تغییرات بسیار کوچک در مکان

طبل گرافینی مانند آیینه‌ای است که فوتون‌های میکروموجی را که به سوی‌اش می‌آیند بازتاب می‌کند. محققان قادر هستند با اندازه‌گیری تداخل فوتون‌های بازتاب‌شده تغییرات بسیار کوچک در مکان صفحه گرافینی را اندازه‌گیری کنند. در واقع، تغییر در مکان، حتی در حدود 17فمتومتر نیز قابل اندازه‌گیری است، که یک ده هزارم قطر یک اتم تنهاست.

ویبور سینگ (Vibhor Singh) یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی می‌گوید «نور میکروموج نه تنها برای شناسایی مکان طبل ارتعاش‌کننده گرافینی مناسب است، بلکه نیرویی را نیز وارد می‌کند».

این نیرو به این دلیل ایجاد می‌شود که نور حامل تکانه است. او در این‌باره می‌افزاید: « اگر من فلشی از نور را بر روی یک تکه کاغذ بتابانم، در اصل، نور تابیده شده بر روی کاغذ نیرویی وارد می‌آورد و آن را از منبع نور دور می‌کند». او همچنین می‌گوید: « این فشار تابشی که نور ایجاد می‌کند اگر چه برای اندازه‌گیری بسیار کوچک است – شما نمی‌توانید شخصی را با تاباندن لیزر از خود دور کنید- اما، گرافین به خاطر وزن بسیار سبکی که دارد، و توانایی ما برای اندازه‌گیری‌ جابه‌جایی‌های بسیار کوچک، می‌تواند چنین حرکات رقص مانندی را با تاباندن پرتو میکروموجی از نور از خود نشان دهد.»

این ضربان‌ها منجر به یک پدیده تداخلی به نام شفافیت القاشده اپتومکانیکی می‌شود. با اندازه‌گیری این پدیده در ابزارها، این تیم برای اولین بار نشان دادند که به توانایی جفت‌کردن اپتومکانیکی بین یک نوسان‌کننده مکانیکی و یک حفره ابررسانا دست یافته‌اند.

تقویت‌کردن سیگنال‌های میکروموج

سینگ می‌گوید « در حال حاضر ما به طور قطع اثبات کرده‌ایم که جفت‌سازی اپتومکانیکی در اینجا اتفاق می‌افتد، این پدیده نتایج بسیار زیادی دارد». ابزارهای مشابه می‌توانند برای تقویت میکروموج‌های استفاده شوند و یا حتی برای ذخیره‌سازی فوتون‌های میکروموج تا بالای 10 میلی‌ثانیه نیز می تواند استفاده شود. این توانایی ذخیره‌سازی به این معناست که این طبل می‌تواند به عنوان حافظه برای ذخیره‌سازی اطلاعات در کامپیوترهای کوانتومی استفاده شود.

استیل در این باره می‌گوید: «یکی از اهداف بلند مدت پروژه ما استفاده از این طبل‌های کریستالی دو بعدی برای بررسی حرکت‌های کوانتومی است». او همچنین می‌افزاید: «اگر شما به یک طبل کلاسیکی ضربه بزنید، شروع به نوسان خواهد کرد، و بالا و پایین خواهد رفت. این حرکت بالا و پایین می‌تواند به عنوان بیت‌های 0 و یک در کامپیوترها تلقی شود. با استفاده از یک طبل کوانتومی، اگر چه، ما نه تنها می‌توانیم حرکت‌ بالا و بعد از آن حرکت پایین داشته باشیم، بلکه می‌توان با قراردادن آن در یک حالت کوانتومی انطباقی هر دو حالت را در یک زمان داشت.»

استیل می‌افزاید « طبل‌های گرافینی کوانتومی که در یک زمان بالا و پایین می‌روند می‌توانند برای ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی به همان روش تراشه‌های RAM در کامپیوترهای متداول امروزی استفاده شوند.»

منبع: http://physicsworld.com/cws/article/news/2014/sep/08/graphene-drum-could-store-quantum-information