Chicago Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, tuzaklanmış atom dizilerini fotonik cihazlarla entegre ederek kuantum bilgi sistemlerini geliştirmek için yeni bir yöntem geliştirdiler.
Bu yenilik, daha önceki teknolojik uyumsuzlukların üstesinden gelerek ölçeklenebilir >kuantum hesaplama ve ağ oluşturmaya olanak sağlamaktadır. Tasarım, paraziti en aza indiren ve ve atom bağlantısını geliştiren yarı açık bir çipe sahiptir ve daha büyük kuantum sistemleri için hesaplama hızı ve ara bağlantıda önemli ilerlemeler vaat etmektedir.
Gelişmiş Kuantum Hesaplaması ve Teknolojilerin Birleştirilmesi
Kuantum bilgi sistemleri, geleneksel bilgisayarlardan daha hızlı ve daha güçlü hesaplama yetenekleri vaat ederek dünyanın en karmaşık sorunlarından bazılarına potansiyel çözümler sunuyor. Ancak bu potansiyele ulaşmak için daha büyük ve birbirine daha bağlı kuantum bilgisayarlar inşa etmek gerekiyor ki bu da bilim insanlarının henüz tam olarak gerçekleştiremediği bir şey.
Bu sistemleri daha büyük boyutlara ölçeklendirmek ve birden fazla kuantum sistemini birbirine bağlamak önemli bir zorluk olmaya devam ediyor. Chicago Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, iki gelişmiş teknolojiyi birleştirerek bir atılım gerçekleştirdiler: tuzaklanmış atom dizileri ve fotonik cihazlar. Bu yenilikçi yaklaşım, tek tek atom dizilerini birbirine bağlamak için fotonik kullanarak ölçeklenebilir kuantum sistemlerinin oluşturulmasını sağlayarak kuantum hesaplama, simülasyon ve ağ oluşturma alanlarındaki ilerlemelerin önünü açıyor.
Moleküler Mühendislik Yardımcı Doçenti ve Nature Communications’da yayınlanan yeni çalışmanın kıdemli yazarı Hannes Bernien, “Geçmişte birbiriyle pek ilgisi olmayan iki teknolojiyi birleştirdik” dedi. “Kuantum sistemlerini bu şekilde nasıl ölçeklendirebileceğimizi görmek sadece temelde ilginç değil, aynı zamanda pek çok pratik uygulaması da var.”
Optik cımbızlara (atomları yerinde tutabilen yüksek derecede odaklanmış lazer ışınları) hapsedilmiş nötr atom dizileri, kuantum işlemcileri oluşturmanın giderek daha popüler bir yoludur. Nötr atomlardan oluşan bu ızgaralar, belirli bir sırayla uyarıldıklarında, binlerce kübite kadar ölçeklendirilebilen karmaşık kuantum hesaplamayı mümkün kılar. Bununla birlikte, kuantum durumları kırılgandır ve verilerini foton şeklinde toplamayı amaçlayan fotonik cihazlar da dahil olmak üzere kolayca bozulabilir.
“Atom dizilerini fotonik cihazlara bağlamak, teknolojilerdeki temel farklılıklar nedeniyle oldukça zordu. Atom dizisi teknolojisi, üretim ve hesaplama için lazerlere dayanıyor.” diyor PME yüksek lisans öğrencisi ve yeni çalışmanın ilk yazarı Shankar Menon. . “Sistemi bir yarı iletkene veya fotonik bir çipe maruz bıraktığınız anda, lazerler dağılıyor ve atomların yakalanması, algılanması ve hesaplanmasıyla ilgili sorunlara neden oluyor.”
Kuantum Hesaplama için Yeni Çip Tasarımı
Yeni çalışmada Bernien’in grubu, atom dizilerinin fotonik çiplerle arayüz oluşturmasına olanak tanıyan yeni bir yarı açık çip geometrisi geliştirerek bu zorlukların üstesinden geldi. Yeni platformla, kuantum hesaplamaları bir hesaplama bölgesinde gerçekleştirilebilir ve daha sonra istenen verileri içeren bu atomların küçük bir kısmı fotonik çip entegrasyonu için yeni bir ara bağlantı bölgesine taşınır.
PME yüksek lisans öğrencisi olan ilk yazar Noah Glachman, “Atomların arasında hareket edebileceği iki ayrı bölgemiz var; biri hesaplama için fotonik çipten uzakta, diğeri ise çoklu atom dizilerini birbirine bağlamak için fotonik çipin yakınında” dedi. “Bu çipin tasarlanma şekli, atom dizisinin hesaplama bölgesiyle minimum etkileşime sahip.”
Nanofotonik Boşluklar ile Geliştirilmiş Bağlantı ve Hız
Ara bağlantı bölgesinde, kübit bir foton çıkarabilen mikroskobik bir fotonik cihazla etkileşime girer. Daha sonra foton, optik fiberler aracılığıyla diğer sistemlere iletilebilir. Sonuçta bu, tek bir diziyle mümkün olandan daha büyük bir kuantum hesaplama platformu oluşturmak için birçok atom dizisinin birbirine bağlanabileceği anlamına geliyor.
Yeni sistemin özellikle hızlı hesaplama yeteneklerine yol açabilecek ek bir gücü, birçok nanofotonik boşluğun aynı anda tek bir atom dizisine bağlanabilmesidir. Menon, “Bu boşluklardan yüzlercesine aynı anda sahip olabiliriz ve hepsi aynı anda kuantum bilgi iletebilir” dedi. “Bu da bilginin birbirine bağlı modüller arasında paylaşılma hızında muazzam bir artışa yol açıyor.”
Gelecekteki Yönelimler
Ekip, bir atomu hapsetmenin ve bölgeler arasında hareket ettirmenin fizibilitesini gösterirken, fotonların nanofotonik boşluklardan toplanması ve uzun mesafelerde dolaşıklık oluşturulması da dahil olmak üzere süreçteki diğer adımları inceleyen gelecekteki çalışmaları planlıyor.
Haberin Kaynağı: scitechdaily.com/next-gen-quantum-computing-the-fusion-of-atoms-and-photonic-innovation/
Haberi Derleyen: Elif Gül Türkmen- Eskisehir Teknik Üniversitesi- Yüksek Lisans Öğrencisi