সিলিকন যখন তার পারমাণবিক সক্ষমতার শেষ সীমায় পৌঁছাচ্ছে, তখন সবুজ শক্তি রূপান্তর ও কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তার ডেটাসেন্টারের বিদ্যুৎ চাহিদা মেটাতে সলিড-স্টেট ফিজিক্সের ভরকেন্দ্র স্থানান্তরিত হচ্ছে ওয়াইড ব্যান্ডগ্যাপ (WBG) সেমিকন্ডাক্টর এবং ডিফেক্ট-ইঞ্জিনিয়ার্ড কোয়ান্টাম কম্পিউটিং সাবস্ট্রেটের দিকে। গ্রিড পর্যায়ের বিদ্যুৎ নিয়ন্ত্রণ থেকে শুরু করে কক্ষ তাপমাত্রার স্পিন কিউবিট পর্যন্ত এই পদার্থগুলো আগামী শতকের হার্ডওয়্যার রূপরেখা তৈরি করছে।

১. ওয়াইড ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর: GaN, SiC ও ডায়মন্ড

সিলিকনের ক্ষুদ্র ব্যান্ডগ্যাপের ((1.12 ext{ eV})) বিপরীতে ওয়াইড ব্যান্ডগ্যাপ উপকরণগুলো প্রচণ্ড তড়িৎক্ষেত্রেও ব্রেকডাউন প্রতিরোধ করে:

  • সিলিকন কার্বাইড (4H-SiC): ব্যান্ডগ্যাপ (3.26 ext{ eV}), সিলিকনের চেয়ে তিনগুণ বেশি তাপ পরিবাহী। বৈদ্যুতিক গাড়ি (EV) ও হাই-ভোল্টেজ গ্রিডের জন্য আদর্শ।
  • গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN): ব্যান্ডগ্যাপ (3.4 ext{ eV})। পোলারাইজেশন-জনিত টুডিইজি (2DEG) তৈরি করে যা উচ্চ গতির এআই ডেটাসেন্টার পাওয়ার সাপ্লাই ও 6G রাডারের রূপরেখা দেয়।
  • কৃত্রিম ডায়মন্ড (Diamond): ব্যান্ডগ্যাপ (5.47 ext{ eV}), তাপ পরিবাহিতা সিলিকনের চেয়ে ১৫ গুণ বেশি। এটি সলিড-স্টেট পাওয়ার ডিভাইসের চূড়ান্ত তাপগতীয় সীমা।

২. বালিগা ফিগার অব মেরিট (BFOM)

পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টরে নির্দিষ্ট রোধ (R_{ ext{on,sp}}) ন্যূনতম করার কার্যক্ষমতা নির্ধারিত হয় বিখ্যাত বালিগা ফিগার অব মেরিট (BFOM) দ্বারা:

[
ext{BFOM} quiv psilon_s mu_n E_{ ext{crit}}^3
]

যেহেতু ব্রেকডাউন তড়িৎক্ষেত্র ঘনাকারে ((E_{ ext{crit}}^3)) অন্তর্ভুক্ত, তাই GaN ও SiC-এর কার্যক্ষমতা সিলিকনের চেয়ে প্রায় ১,০০০ গুণ বেশি এবং ডায়মন্ডের ক্ষেত্রে তা ২৫,০০০ গুণ বেশি।

৩. ডায়মন্ড নাইট্রোজেন-ভ্যাকেন্সি (NV) স্পিন কিউবিট

ডায়মন্ডের ক্রিস্টালে একটি নাইট্রোজেন পরমাণু ও একটি শূন্যস্থানের সমন্বয়ে গঠিত ( ext{NV}^-) সেন্টার কক্ষ তাপমাত্রাতেই কোয়ান্টাম তথ্য সংরক্ষণ করতে পারে:

[
hat{H}_{ ext{NV}} = D left( hat{S}_z^2 – rac{1}{3} S(S+1)
ight) + g mu_B mathbf{B} cdot hat{mathbf{S}}
]

সবুজ লেজার দিয়ে অপটিক্যাল পাম্পিংয়ের মাধ্যমে স্পিনকে (|m_s = 0
angle) স্টেটে ইনিশিয়ালাইজ করা যায় এবং মাইক্রোওয়েভ দ্বারা কিউবিট পরিচালনা করা যায়। খাঁটি (^{12} ext{C}) ডায়মন্ডে কক্ষ তাপমাত্রাতেও কিউবিটের কোহেরেন্স মিলিসেকেন্ড পর্যন্ত অক্ষুণ্ণ থাকে।

৪. সিলিকন স্পিন কিউবিট ও ভবিষ্যৎ কোয়ান্টাম প্রসেসর

আইসোটোপিক্যালি বিশুদ্ধ সিলিকন ক্রিস্টালে ইলেকট্রনের স্পিনকে কোয়ান্টাম ওয়েলে আবদ্ধ করে তৈরি করা হয় সিলিকন স্পিন কিউবিট। প্রচলিত সেমিকন্ডাক্টর ফ্যাব্রিকেশন প্রযুক্তির মাধ্যমেই কোটি কোটি কিউবিটযুক্ত সার্বজনীন কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি সম্ভব, যা একবিংশ শতকের প্রযুক্তিগত পরাকাষ্ঠা।

শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।