Yeni bir kuantum RAM sistemi daha önceki modellere göre donanım açısından çok daha verimlidir çünkü sesli elektromanyetik darbeler ve süper iletken rezonatörler kullanarak veri okur ve yazar.
Bir bilgisayarın RAM olarak da bilinen rastgele erişimli belleği, verilerin hızlı bir şekilde geri çağrılabildiği kısa süreli bir bellek bankası görevi görür. RAM, telefonunuzdaki veya bilgisayarınızdaki uygulamalar tarafından kullanılır, böylece görevler arasında anında geçiş yapabilirsiniz. Kuantum bilgisayarlar üzerinde çalışan araştırmacılara göre, teorik olarak, karşılaştırılabilir kuantum RAM bileşenleri bir kuantum algoritmasının yürütülmesini hızlandırabilir veya bir kuantum işlemcide depolanabilecek bilgi yoğunluğunu artırabilir. Londra Nanoteknoloji Merkezi’nden James O’Sullivan, kuantum RAM’in hayata geçirilmesi yolunda önemli bir adım olan, atomik spinlerde kuantum bilgisinin depolanması ve alınmasına yönelik donanım açısından verimli bir yöntemi, chirped mikrodalga darbeleri kullanarak göstermiştir.
Kuantum bellek cihazı deneysel gösterileri, tıpkı kuantum hesaplama gibi henüz emekleme aşamasındadır. Süper iletken metal tabanlı devreler, en popüler çip tabanlı kuantum hesaplama platformlarından birinde kullanılmaktadır. Bu sistemin merkezi işlem biriminde kullanılan süper iletken kübitler, mikrodalga fotonlar aracılığıyla veri iletmekte ve almaktadır. Ancak şu anda bu fotonları uzun süreler boyunca kararlı bir şekilde depolayabilecek bir kuantum bellek teknolojisi bulunmuyor. Neyse ki bilim insanlarının bazı önerileri var.
Süper iletken devrenin çipinde bulunan safsızlık atomlarının spinlerinin kullanılması bu kavramlardan biridir. Bir atomun temel kuantum özelliklerinden biri spindir. Bir iç pusula iğnesi gibi uygulanan bir manyetik alanla ya da ona karşı hizalanır.
Kuantum Bilgisinin Depolanması
Kuantum bilgisini depolamak için kullanılabilecek bu iki hizalama, klasik bir bitin 0 ve 1’leriyle karşılaştırılabilir. Safsızlık atomlarının spinleri, eğer çipte bunlardan çok sayıda varsa, birçok fotondan gelen bilgiyi aynı anda depolayan bir “çok modlu” bellek cihazı olarak işlev görebilir.
Atomik spinlerin bilgi depolama süreleri, süper iletken kübitlere kıyasla çok daha uzun olabilir. Örneğin çalışmalar, içinde bizmut atomları bulunan silikon cihazların kuantum bilgisini bir saniyeden daha uzun süreler boyunca koruyabildiğini göstermiştir.
Süper iletken kübitler yerine neden spin kübitlerinin kullanılmadığı merak edilebilir. Gerçekten de atom tabanlı kuantum bilgisayarlar geliştiren araştırma ekipleri var, ancak atomik spinleri manipüle etmek ve ölçmek özel zorluklar yaratıyor.
Süper iletken kübitler ve atomik spinler hibrit bir şekilde birleştirilir, ancak bu durumda iki sistem arasında veri taşımak için mikrodalga fotonları kullanmanın zor olduğu kanıtlanmıştır. Araştırmacılar, bir atomik spin topluluğunun mikrodalga fotonlarından bilgi emebileceğini ve alabileceğini zaten göstermişlerdi, ancak bu deneyler, her ikisi de bir kuantum bellek için donanımı karmaşıklaştıran özel süper iletken devre veya güçlü manyetik alan gradyanlarının kullanılmasını gerektiriyordu.
O’Sullivan ve çalışma arkadaşları, mikrodalga foton bilgi depolama ve geri getirme için sofistike, donanım açısından etkili bir yaklaşım sunuyor. Bizmut atomlarıyla kaplı bir silikon çip üzerine monte edilmiş bir süper iletken devre rezonatörü ekibin buluşunu oluşturuyor.
Ekip, rezonatöre yaklaşık 1000 foton içeren zayıf mikrodalga uyarımları soktu; bu fotonlar bizmut atomlarının spinleri tarafından emildi. Daha sonra rezonatöre vurmak için frekans rampalı elektromanyetik mikrodalga darbeleri kullandılar ve cıvıltı etkisi yarattılar. Bu sayede, yakındaki spinlerin göreceli işaret konumlarını yakalayan özel bir “faz” tanımlayıcısı, fotonlarda bulunan kuantum bilgisi tarafından spinlerin üzerine basıldı. Ekip daha sonra bu bilgiyi, spin topluluğuna özdeş bir darbe uygulayarak, bu baskılanmış fazı tersine çevirdiğini keşfettikleri ve fotonları süper iletken devreye geri ileterek geri kazandı.
Mikrodalga Darbeleri İle Veri Depolama
O’Sullivan ve arkadaşları, bellek sistemlerinin aynı anda birçok fotonik veri paketini dört zayıf mikrodalga darbesi olarak depolayabildiğini gösteriyor. Daha da önemlisi, verilerin herhangi bir sırayla geri okunabildiğini göstererek araçlarının gerçekten RAM olarak işlev gördüğünü kanıtlıyorlar.
Ekip bu ilk testte %3’lük bir verimlilik elde ettiğini iddia ediyor ve bu da belleğin bilgilerin çoğunu kaybettiğini gösteriyor. Sonuç olarak, teknolojileri gelecekteki bir kuantum bilgisayar için gerekli olan güvenilir depolama ve geri getirmeyi sağlamaktan hala çok uzak. Muhtemel nedenlerin gözden geçirilmesine göre, bu düşük verimliliğin nedeni transfer süreci değil, cihazın iyileştirme potansiyeli.
Grup, spinleri artırarak cihazın etkinliğini büyük ölçüde artırabileceklerine inanıyor.
Kuantum RAM bileşenleri, bilgi depolamanın yanı sıra bir kuantum işlemcideki kübit yoğunluğunu artırmaya da yardımcı olabilir. IBM, devasa bir seyreltme buzdolabı olan Project Goldeneye’ı Eylül ayında tanıttı. IBM’in yeni nesil süper iletken kuantum bilgisayarını barındıracak olan bu süper soğuk canavar, üç standart dondurucudan daha büyük bir hacme sahip. Şu anda mevcut olan süper iletken kuantum bilgisayarların milimetre kare başına 100’den daha az kübit yoğunluğuna sahip olduğu göz önüne alındığında IBM’in neden bu kadar büyük bir buzdolabına ihtiyaç duyduğu açıktır. Bu boyut sorunu bir gün O’Sullivan ve meslektaşları tarafından geliştirilen ve teorik olarak şu anda sadece bir tanesinin kapladığı alanda birkaç kübit durumunu depolayabilen spin tabanlı kuantum bellek cihazı ile çözülebilir.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v15/168
