Kuantum depolama için Caltech’teki mühendisler büyük ölçekli optik kuantum ağlarında kullanılabilmesi ve geliştirilmesi için bir yaklaşım geliştirdiler. Yeni sistem, bir spin dalgası olarak topluca salınan nükleer spinlere (bir atomun çekirdeğinin açısal momentumu) dayanıyor. Bu toplu salınım, bilgiyi depolamak için birkaç atomu etkili bir şekilde birbirine zincirliyor.
Nature dergisinde 16 Şubat’ta yayınlanan bir makalede açıklanan çalışma, lazerlerde de kullanılan bir nadir toprak elementi olan iterbiyum (Yb) iyonundan yapılan bir kuantum biti (veya kübit) kullanıyor. Kuantum teknolojisi için yapılan çalışmalar birbirini kovalıyor.
Fizik profesörü Andrei Faraon liderliğindeki ekip, iyonu şeffaf bir itriyum ortovanadat (YVO4) kristaline yerleştirdi ve optik ve mikrodalga alanların bir kombinasyonu yoluyla kuantum durumlarını manipüle etti.
Ekip daha sonra Yb kübitini kullandı. Yb kübiti kristaldeki birden fazla çevreleyen vanadyum atomunun nükleer spin durumlarını kontrol eder.
“Önceki çalışmamıza dayanarak, tekli iterbiyum iyonlarının optik kuantum ağları için mükemmel adaylar olduğu biliniyordu, ancak onları ek atomlarla bağlamamız gerekiyordu.
Cihaz, Caltech’teki Kavli Nanobilim Enstitüsü’nde üretildi ve daha sonra Faraon’un laboratuvarında çok düşük sıcaklıklarda test edildi.
Dolanık nükleer spinleri kuantum bellek olarak kullanmaya yönelik yeni bir teknik, nükleer manyetik rezonans (NMR)’da kullanılan yöntemlerden esinlendirildi.
Caltech’ten araştırmacı Joonhee Choi, “Kuantum bilgilerini nükleer dönüşlerde depolamak için hastanelerde kullanılan NMR makinelerinde kullanılanlara benzer yeni teknikler geliştirdik” diyor. “Asıl zorluk, mevcut teknikleri manyetik alanın yokluğunda çalışacak şekilde uyarlamaktı.”
Bilgi Depolamada Devasa İlerleme
Bu sistemin benzersiz bir özelliği, vanadyum atomlarının ytterbium kübitinin etrafına kristal kafesin öngördüğü şekilde önceden belirlenmiş yerleşimidir. Takımın ölçtüğü her kübit aynı hafıza kaydına sahipti, yani aynı bilgiyi depolayacaktı.
Makalenin ilk yazarı olan yüksek lisans öğrencisi Andrei Ruskuc, “Teknolojiyi tekrarlanabilir ve güvenilir bir şekilde inşa etme yeteneği, başarısının anahtarıdır” diyor.
“Bilimsel bağlamda, bu, iterbiyum kübitleri ile ortamlarındaki vanadyum atomları arasındaki mikroskobik etkileşimler hakkında eşi görülmemiş bir fikir edinmemizi sağlıyor.” Bu araştırma, Faraon’un laboratuvarının gelecekteki kuantum ağlarının temelini atma çabasının bir parçası.
Kuantum Ağlarının Gelişimi
Kuantum ağları, kuantum bilgisayarları klasik düzeyden ziyade kuantumda çalışan bir sistem aracılığıyla birbirine bağlayacaktır.
Teoride, kuantum bilgisayarlar bir gün belirli işlevleri klasik bilgisayarlardan daha hızlı gerçekleştirebilecekti.
Kuantum mekaniğinin özel özelliklerinin avantajlarına sahiptirler. Kuantum bitlerinin bilgileri aynı anda 1 ve 0 olarak depolamasına izin veren süperpozisyonu içerirler.
Klasik bilgisayarlarda olduğu gibi, mühendisler, verileri paylaşmak ve birlikte çalışmak için birden fazla kuantum bilgisayarı bağlayabilmek ve bir “kuantum internet” yaratabilmek isterler.
Bu, tek bir kuantum bilgisayar tarafından idare edilemeyecek kadar büyük olan hesaplamaları çözme yeteneğinin yanı sıra kuantum kriptografisi kullanılarak kırılmaz derecede güvenli iletişimlerin kurulması da dahil olmak üzere birçok uygulamaya da kapı açacaktır.
Kaynak: physorg – 16.022022
