Hiçbir şey yakalama oyunuyla kıyaslanamaz; bir beyzbol topunu ileri geri fırlatmak basit, düşük eforlu bir eğlenceyi garanti eder. Ancak işin içine lazerler ve buzlu atomlar girdiğinde bu zorlu bir görevdir.
Yeni bir çalışmada, bilim insanları lazer ışınlarının atomları fırlatıp yakaladığı küçük bir beyzbol oyunu kurdular. Optica dergisinde kısa süre önce yayınlanan bir çalışmaya göre bu, lazerle çalışan “optik tuzakların” atomları başarılı bir şekilde fırlatıp yakaladığı ilk örnek oldu. Bu cihazlar küçük parçacıkları manipüle etmek için bir nevi Star Wars ışın kılıcı gibi işlev görüyor. Araştırmacılar, hız topu atomlarının 4,2 mikrometreyi saniyede 65 santimetre hızla kat ettiğini tespit etti. Buna kıyasla, en hızlı örümcek saniyede yaklaşık 50 santimetreye kadar sürünebilir. Buna karşılık, en hızlı örümcek saniyede yaklaşık 50 santimetreye kadar sürünebiliyor.
Modelleri mevcut makinelerden binlerce kat daha hızlı çalıştırma potansiyeliyle, bir gün bu yeni mekanizmadan güç alabilecek kuantum bilgisayarlar, hayat kurtaran yeni ilaçlar, akıllı yapay zeka ve gelişmiş siber güvenlik gibi yeniliklerin önünü açabilir.
Özellikle optik tuzaklar, normal bilgisayarlarda görülen ve bilgi yığınları taşıyan bitlerin kuantum mekaniği versiyonu olan kübitleri hızla yeniden düzenleyebilir.
Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde fizikçi ve yeni çalışmanın ortak yazarı Jaewook Ahn, yaptığı açıklamada, “Daha verimli ve daha hızlı kuantum hesaplama sağlamak için kübitlerin hareket ettirilmesi için olasılıklar var” dedi.
Veri depolamak için kuantum mekaniğini kullanan bu fütüristik teknoloji bilim insanları tarafından halen geliştirilmektedir. Eğer işler yolunda giderse, bu abartılı makineler günümüzün süper bilgisayarlarını bile şaşırtan sorunları çözebilir – hem de çok daha yüksek hızlarda.
Günümüzün yaygın bilgisayarları, elektrik sinyallerinin 1’ler ve 0’ların kombinasyonları kullanılarak “açık” ya da “kapalı” hale getirildiği durumları temsil eden bitler halinde bilgi kodlayarak çalışır. Bitler elektriksel uyarıların açıldığı ya da kapatıldığı durumları temsil eder. Bu arada, bir kuantum makinesi bu bilgiyi, elektronlar veya fotonlar da dahil olmak üzere atomların içine sığan küçük parçacıklardan üretilebilen kübitlere depolar.
Süperpozisyon, kübitlerin aynı anda 0 ve 1’i temsil etmesini sağlayan tuhaf bir kuantum özelliğidir. Bu, bu cihazlardan birinin pratik olarak dört standart bilgisayarın yerini alabileceğini gösterir. Ek olarak, bir bilgisayarın hesaplama gücü daha fazla kübit eklendikçe katlanarak artar.
Kuantum bilgisayar sistemleri için olasılıklar arasında süper iletken elektrik devreleri ve iyonları hapsetmek için elektromanyetik alanlar kullanmak yer alıyor. (IBM şirketi şu anda bunun üzerinde çalışmaktadır).
Nötr atom hesaplama olarak bilinen bir başka hesaplama türü, kübit oluşturmak amacıyla atomları askıya almak ve kontrol etmek için yoğun lazer ışınları kullanır.
Qubitler pratikte zordur; verileri doğru bir şekilde işlemek için genellikle hassas aralıklı dizilere yerleştirilmeleri gerekir ve araştırmacılar atomları bir cihaza dikkatlice yerleştirmeye çalıştıklarında sıklıkla boşluklar ortaya çıkar. Ancak bu boşlukları kapatmak için tek tek atomları hassas bir şekilde hareket ettirmek zordur.
Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’nden fizikçi Brian Leeds DeMarco’ya göre en etkili kuantum hesaplama platformlarından biri, odaklanmış lazer ışınlarına hapsolmuş nötr atom dizileridir. Bu mimari, eksik atom içermeyen hatasız bir dizinin etkili bir şekilde üretilmesinde bir engele sahiptir.
Bir dizideki her atomu bir kerede kaydırmak yerine, mükemmel teknik her bir kusuru ayrı ayrı ele alabilir. Fizikçi Robert Niffenegger’e göre bu ikincisi “şu anda zaman alan bir işlem”.
Atom Tuzakları ve Optik Tuzaklar
Optik tuzaklar kurmak ve rubidyum metal atomlarını neredeyse mutlak sıfıra kadar dondurmak için 800 nanometrelik bir lazer kullanarak başladılar. Atomu yerinde tuttular, tuzağı hızlandırdılar, kapattılar ve atomu “fırlatmak” için bir mancınık gibi fırlattılar. Atom daha sonra başka bir lazer tuzağı tarafından yakalanıyor ve bu tuzak atomu olduğu yerde durdurmak için yavaşlıyor.
En son çalışmada, bilim insanları yaklaşımlarının %94 oranında başarılı olduğunu iddia ettiler. Ancak Ahn, “daha düşük bir atom sıcaklığı ve daha kararlı lazer işlemleri” ile “bu tekniğin yüzde 100’e yakın” doğruluğa ulaşabileceğini ileri sürüyor.
Ahn ve meslektaşları bu sorunu çözmek için optik tuzakları kullanan ilk bilim insanları değil. Geçmişte yapılan araştırmalar atomları lazerle bölgeler arasında yönlendirmeyi denemişti; ancak bu yeni yöntem atomların kendi başlarına yükselmesine izin verdiği için farklılık gösteriyor ve bu da daha hızlı ve etkili olabilir.
Bilim insanları bu gelişmenin potansiyel olarak kuantum hesaplamayı hızlandırabileceği konusunda hemfikir olsa da, dezavantajları da olabilir. Niffenegger, bu yeni yöntemin iyonlara uygulanan benzer teknikler kadar iyi işlemeyebileceğine dikkat çekiyor: Niffenegger’e göre geçen ay yayınlanan bir çalışma, elektromanyetik alanların kuantum bilgisayarlar için tuzaklanmış iyon tasarımları aracılığıyla iyonları daha yüksek hızlarda ve daha uzak mesafelerde hareket ettirerek kusurları giderebileceğini gösterdi.
DeMarco da bu şüpheciliği paylaşıyor. Bu yaklaşımın bölgedeki diğer araştırmacılar ya da nötr atom kuantum hesaplama ile uğraşan işletmeler tarafından kullanılıp kullanılmayacağından emin olmadığını söylüyor. “Dinamik yeniden düzenlemeyi içeren standart tekniklerle karşılaştırıldığında, atomları atma ve yakalamanın başarı olasılığı nispeten düşük.”
DeMarco şöyle devam ediyor: “Ayrıca, diğer stratejilerle karşılaştırıldığında, bu yeni teknik çok fazla ek teknik karmaşıklık getiriyor.”
Ancak Ahn, bu çalışmanın henüz erken aşamalarda olduğunu ve yakın zamanda bilgisayarlara girmeyeceğini kabul ediyor.
Ahn’a göre, kuantum hesaplama sırasında kübitler dinamik olarak yeniden düzenlenebildiğinden, bunların kaydırılması kuantum hesaplamayı daha etkili ve hızlı hale getirebilir. Ancak, şu anda bu “çok fazla bir iddia”, bu nedenle yaklaşımımızın kübit hazırlama için daha etkili ve daha hızlı olabileceğine inanmaya devam ediyoruz (doğrudan kuantum hesaplama için değil).
Kaynak: inverse.com/science
