Kuantum fiziği üzerinde yapılan çalışmalar yeni bilim çağının üzerinde en çok durduğu konulardan biridir. Kuantum bilgisayarların siber güvenliğe katkı sunacak dayanıklı iletişim ağlarını veya yeni ilaç keşfini hızlandırabilecek kapasitelerinin olduğu düşünülüyor. Bu tip yeni uygulama alanlarında kuantum bilgisinin depolanması, kübit olarak bilinen bir bilgisayar bitinin kuantum versiyonunu gerektirecek. Ancak araştırmacılar hala bu kübitlerde tutulan bilgilerinin okuma sorunları ile boğuşuyor. Genellikle mikrosaniye veya milisaniye ile sınırlı olan kübitlerin kısa hafıza süresi veya tutarlılığı ile mücadele ediyor. Bu sebeple yazımızın konusu olan “Kuantum Durumunda 5 Saniyelik Rekor” çalışması heyecan verici bir gelişme olarak kayıtlarda yerini aldı.
ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Chicago Üniversitesi’ndeki bir araştırmacı ekibi, kuantum sistemleri için bu ortak zorlukların üstesinden gelmek için iki büyük atılım gerçekleştirdi.
Yapılan talep üzerine kübitlerini okuyabildiler ve ardından kuantum durumunu beş saniyeden fazla bir süre boyunca korumayı başardılar.
Bu sınıf cihazlar için yeni bir rekor olarak tarihe geçti. Araştırmacıların kübitleri, ampullerde, elektrikli araçlarda ve yüksek voltajlı elektronik cihazlarda yaygın olarak bulunan silikon karbür adı verilen kullanımı kolay bir malzemeden yapıldığını da belirtelim.
Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan David Awschalom ve Chicago Üniversitesi’nden Fizik Profesörü Liew Family projenin baş araştırmacılarıdır.
Araştırmacılar, elektronik sanayisinde yaygın olarak kullanılabilecek bir kübit sistemi oluşturarak, hem ölçeklenebilir hem de uygun maliyetli bir teknoloji kullanarak kuantum inovasyonu için yeni bir yol açmayı umuyorlar.
Araştırmacı ve makalenin başyazarı olan Chicago Üniversitesi yüksek lisans öğrencisi Elena Glen, “Bu, esasen bir kuantum iletişim platformu olarak silisyum karbürü ön plana çıkarıyor” dedi. “Bu heyecan verici çünkü bu malzemeyle nasıl kullanışlı cihazlar yapacağımızı zaten bildiğimiz için ölçeği büyütmek kolay” diye de eklemede bulunuyor.
Silisyum Karbür Kübitlerinin Kullanımı
Her bilgisayarın kendi bitlerine kodlanmış bilgileri okumak için bir metoda ihtiyaç duymaktadır.
Ekip tarafından ölçülenler gibi yarı iletken kübitler için tipik okuma yöntemi, kübitleri lazerlerle ele almak ve geri yayılan ışığı ölçmektir. Ancak bu prosedür zorludur, çünkü foton adı verilen tek ışık parçacıklarının çok verimli bir şekilde tespit edilmesini gerektirir.
Bunun yerine, araştırmacılar, sıfır veya bir olmak üzere ilk kuantum durumuna bağlı olarak kübitlerine tek bir elektron eklemek için dikkatlice tasarlanmış lazer sinyalleri kullanıyorlar. Daha sonrasında kübit, öncesinde olduğu gibi de yine lazerle okunmaktadır.
Glen, “Yalnızca şimdi, yayılan ışık elektronun olduğunu yada olmadığını neredeyse 10.000 kat daha fazla sinyalle bize bildiriyor” dedi.
“Kırılgan kuantum durumumuzu kararlı elektronik yüklere dönüştürerek, durumumuzu çok daha kolaylıkla ölçebiliriz. Bu sinyal artışıyla, kübitin hangi durumda olduğunu her kontrol ettiğimizde güvenilir bir yanıt alabiliriz. Bu tür bir ölçüm, ‘tek atış okuma’ olarak adlandırılır ve onunla birçok faydalı kuantum teknolojisinin kilidini açabiliriz.”
Kuantum Durumlarının Tespiti
Tek atış okuma yöntemini kullanan bilim insanları kuantum durumlarını uzun süre korumaya odaklanabilirler. Kübitlerin ortamlarındaki gürültü nedeniyle bilgilerini kolayca kaybettikleri de bilindiğine göre bu aşama gerçekten çok büyük bir ilerleme.
Araştırmacılar, kübit işleyişine müdahale etme eğiliminde olan arka plan gürültüsünü azaltan yüksek oranda saflaştırılmış silisyum karbür örnekleri ürettiler. Ardından, kübite bir dizi mikrodalga sinyali göndererek kübitlerinin kuantum bilgilerini koruduğu süreyi uzattılar, yani bir anlamda bilginin tutarlı olmasını sağladılar.
Chicago Üniversitesi’nden Chris Anderson, “Bu sinyaller, kuantum durumunu hızla tersine çevirerek kübiti gürültü kaynaklarından ve hatalardan ayırıyor” dedi.
Araştırmacılar, daha da uzun tutarlılıkların mümkün olması gerektiğini düşünüyorlar. Tutarlılık süresinin uzatılması, gelecekteki bir kuantum bilgisayarının ne kadar karmaşık bir işlemin üstesinden gelebileceği düşünüldüğünde, bir kuantum sensörünün ne kadar küçük bir sinyal algılayabileceği gibi önemli sonuçlara barındırıyor.
Anderson, “Örneğin, bu yeni rekor zaman, kuantum durumumuz bozulmadan önce 100 milyondan fazla kuantum işlemi gerçekleşeceği anlamı taşımaktadır” dedi. Araştırmacılar geliştirdikleri teknikler için birden fazla potansiyel uygulama görüyorlar.
Glen, “Tek atış okuma yapma yeteneği, yeni bir fırsatın kilidini açıyor. Gelecekteki bir kuantum internetin geliştirilmesine yardımcı olmak için silikon karbür kübitlerden yayılan ışığın kullanılması” dedi.
“Bir kübitin kuantum durumunun diğerinin durumunu okuyarak bilinebildiği kuantum dolanıklığı gibi temel işlemler, artık silisyum karbür tabanlı sistemler için kartlarda mümkün olabilecek.”
Anderson, “Temelde, akıllı telefonunuzdaki gibi klasik elektroniğin dili olan kuantum durumlarından elektronlar alanına dönüşüm gerçekleşmiş oluyor” şeklinde ifadede bulunuyor.
“Tek elektronlara duyarlı, ancak aynı zamanda kuantum durumlarına da ev sahipliği yapan yeni nesil cihazlar oluşturulması düşünülüyor. Silisyum karbür her ikisini de yapabilir ve bu yüzden gerçekten gelecek için çok büyük bir umut barındırdığını görüyoruz.” dedi.
Kaynak: physorg
