Konstanz Üniversitesi’nden iki fizikçi kuantum bilgisayarlarda istikrarlı bilgi akışını sağlayacak bir sistem üzerinde çalışıyor. Fotonlar kuantum bitlerinin “uçmasında” önemli bir rol oynuyor.
Nedir şimdi bu kuantum bitlerinin uçması biraz ayrıntıya girelim.
Kuantum bilgisayarlar bilgi teknolojisinde bir sonraki büyük evrimsel adım olarak görülüyor. Modern bilgisayarların yapamadığı ya da yapmasının uzun zaman alacağı bilgi işlem sorunlarının üstesinden gelmeleri bekleniyor. Dünyanın dört bir yanındaki araştırmacılar kuantum bilgisayarı gerçeğe dönüştürmeye çalışıyor. Bu hiç de basit bir iş değil çünkü böyle bir bilgisayarın temel bileşenleri olan kuantum bitleri ya da kübitler çok kırılgan.
Bir tür kubit, tek bir elektronun atomik ölçekte olan doğal açısal momentumundan (spin) oluşur. Böylesine zayıf bir sistemi sağlam tutmak yeterince zordur. Bu kübitlerden iki ya da daha fazlasını birbirine bağlamak çok daha zordur.
Kübitler arasında istikrarlı bir bilgi alışverişi nasıl gerçekleşebilir?
Konstanz’dan iki fizikçi Benedikt Tissot ve Guido Burkard, kuantum bilginin taşınmasında fotonların kullanılması yoluyla kübitler arasında bilgi paylaşımının nasıl kolaylaştırılabileceğine dair teorik bir model geliştirdiler. Ana fikir, maddi kübitin bilgi içeriğinin (elektron spin durumu) bir foton olan “uçan kübite” dönüştürülmesidir.
Fotonlar, elektromanyetik radyasyon alanının temel yapı bileşenlerini oluşturan ışık kuantumlarıdır.
Yeni modelin benzersiz özelliği, kübiti bir fotona dönüştürmek için kullanılan uyarılmış Raman emisyonlarıdır. Bu yaklaşım fotonlar üzerinde daha fazla kontrol sağlıyor. Burkard, foton üretim kontrolünü iyileştirmekten, uçan kubitlerdeki ışık darbesinin zamansal şeklini doğrudan optimize etmeye kadar bir paradigma değişikliği önerdiklerini de sözlerine ekliyor.
Tissot temel yöntemi internet ile karşılaştırıyor: “Geleneksel bir bilgisayarda, bir çip üzerinde elektronlar şeklinde kodlanmış bitlerimiz vardır.” Eğer bilgiyi uzak mesafelere taşımak istiyorsak, bitlerin bilgi içeriği bir ışık sinyaline dönüştürülür ve optik fiberler aracılığıyla gönderilir.”
Tissot bir kuantum bilgisayarında kübitler arasında bilgi alışverişi sürecinin de benzer olduğunu söylüyor: bilgi kolayca iletilebilen durumlara dönüştürülmelidir ki fotonlar bu konuda çok başarılıdır.
Fotonları düzenlemek için üç seviyeli bir yöntem
“Birkaç hususu göz önünde bulundurmamız gerekiyor” diye ekliyor Tissot. “Ne zaman, ne kadar hızlı ve nereye gideceği de dahil olmak üzere bilgi akışını yönetmek istiyoruz. Bu yüzden yüksek düzeyde kontrol sağlayan bir sisteme ihtiyacımız var.”
Araştırmacıların teknolojisi, rezonatörle güçlendirilmiş, uyarılmış Raman emisyonları kullanarak bu kontrolü sağlıyor. Bu kelimenin arkasında, çok aşamalı bir prosedüre yol açan üç katmanlı bir mekanizma var. Bu aşamalar bilim insanlarına yaratılan fotonlar üzerinde kontrol sağlıyor. Tissot burada fotonu düzenleFfotonmek için kullanılabilecek ‘daha fazla düğme’ olduğunu belirtiyor.
Uyarılmış Raman emisyonu fizikte köklü bir yaklaşımdır. Ancak kübit durumlarının doğrudan gönderilmesi alışılmadık bir durumdur. Yeni yöntem, çevresel pertürbasyonların etkilerini ve ışık darbesinin zamansal yapısındaki hızlı değişikliklerin istenmeyen yan etkilerini dengeleyerek daha hassas bilgi aktarımına olanak sağlayabilir.
Kaynak: phys.org
