Elektromanyetik tuzaklarda hapsedilmiş iyon dizileri, zorlu kuantum bilgisayarlarına dönüşme potansiyeline sahiptir; bununla birlikte, iyon miktarı arttığında, doğrusal diziler olanaksız hale gelir. Belirli çiftler arasındaki etkileşimleri kolaylaştırmak için iyonları yeniden düzenlemek zordur; yine de araştırmacılar şimdi bunu başarmak için daha verimli bir 2D yöntem sergilediler.
Bu yöntem, nispeten karmaşık olmayan uygulanan voltajlarla kuantum aktivitelerinin tam spektrumunu mümkün kılıyor ve araştırmacılar bunun pratik iyon tabanlı sistemlerde yakın zamanda uygulanmasını bekliyorlar.
Tuzaklanmış iyon kuantum işlemcilerde, tek tek iyonlar kuantum bitleri (kübitler) olarak işlev görür.
Bir kuantum hesaplama firması olan Quantinuum’dan Robert Delaney’e göre, bu teknolojinin birincil faydası tek tek iyonları manipüle edebilme yeteneğidir. Sıralama olarak adlandırılan iyonların yeniden düzenlenmesi, her iyonun ikili kuantum dolanıklığı için diğer her iyona yeterince yakın olmasını sağlarsa, sistem tümden tümden bağlantı sergiler.
Araştırmacılar, doğrusal olarak düzenlenmiş iyon dizilerini kullanarak, tek kübit ve iki kübit mantık kapıları kullanan işlevsel kuantum bilgisayarlar inşa etmişlerdir. Ancak Delaney, iyonların iki boyutta hareket ettiği sistemlerin daha yüksek hız sergileyebileceğini ileri sürmektedir.
Delaney ve meslektaşları şimdi, eşleşmelerini kolaylaştırmak için bireysel iyonların hızlı bir şekilde taşınmasını sağlayan birbirine bağlı bir tuzak ızgarasına sahip iki boyutlu bir sistem gösterdiler. Sıralama prosedürü sırasında iyon hareketlerinin tam sırasını düzenlemek için kolaylaştırılmış bir sistem uyguladılar. Yaklaşımlarının, çok sayıda bağımsız elektrot ve kablo gerektirmeden binlerce iyonun verimli bir şekilde düzenlenmesini sağlayacağını iddia ediyorlar.
Yöntemlerinde her bir tuzak, havalanan iyonların altındaki metalik bir yüzey üzerinde bulunan elektrotlar tarafından üretilen sabit ve salınımlı elektromanyetik alanların bir kombinasyonunu kullanıyor. Araştırmacılar bunlardan on iki tanesini kare bir ızgara şeklinde düzenlediler. Ekip, iyonların bir tuzaktan diğerine hareketini kolaylaştırmak için tuzaklar arasında ince voltaj kontrollü bağlantılar kurdu.
Araştırmacılar, tek tek iyonlar yerine, biri kubit görevi gören ve diğeri kubitin soğutulmasını kolaylaştırmak için lazerle soğutulan farklı türlerden iyon çiftleri olan iki iyonlu kristaller kullandılar. Eşleştirmeler ya iterbiyum-baryum (Yb-Ba) ya da baryum-stronsiyumdan (Ba-Sr) oluşuyordu.
Araştırmacılar başlangıçta, iyon sıralamasını göstermek için elektrotlara belirlenmiş voltajlar uygulayarak bir iyon kristalini bir tuzaktan diğerine bir bağlantı yoluyla aktardılar. Daha sonra, iki bitişik kristal arasındaki konum değişimini sergilediler. Bu hareketler, iyonların genellikle bir milisaniyenin altında bir sürede ızgara içindeki herhangi bir alana ulaşmasını sağlar.
Ancak Delaney’e göre, herkesten herkese iletişim, her bölge içinde titiz bir kontrol kapasitesi gerektiriyor. Bazı kuantum eylemleri, iki iyon çiftinin tek bir yerde geçici olarak birleşmesini gerektiriyor ve bu da dört iyonlu bir kristalin oluşmasına neden oluyor. “Bir kavşaktan taşıma veya dolaşık kapılar için dört iyonlu kristallerin bir araya getirilmesi gibi işlemler için, kristalin Ba-Yb-Yb-Ba gibi kararlı bir yönelimi muhafaza etmesi esastır” diyor. “Arka plandaki gaz molekülleriyle bir çarpışmanın bir kristali rastgele yeniden yönlendirmesi durumunda, bunu düzeltmek için bölgeden bağımsız bir yeniden sıralama işlemi uygulamak zorunludur.” Araştırmacılar da aynı şekilde bu yeteneği gösterdiler.
Değiştirme ve yeniden sıralama işlemlerinin kombinasyonu, sistem içindeki iyonlar arasında akla gelebilecek tüm etkileşimleri kolaylaştırıyor. Delaney, sonuçların bu süreçlerin hiçbirinin iyonların kuantum durumlarını bozmadığını gösterdiğini vurguluyor.
Kuantum bilgi sistemleri uzmanı olan Jonathan Home’a göre, yeni 2D sıralama algoritması “teknik açıdan dikkate değer ve tüm bileşenler sorunsuz bir şekilde çalışıyor gibi görünüyor.” “Uyguladıkları basit kontrol şeması, daha büyük sistemlere genişletmek için çok önemli bir ilerleme” diyor.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v17/159
