Kuantum Sisteminde Tahribatsız Muayene

quantum chip hybrid device
Ekibin, süper iletken qubit çipinin üzerinde akustik rezonatör çipi bulunan hibrit cihazı. (von Lüpke ve diğerleri, Nat Phys, 2022)

Kuantum hesaplamanın daha önce düşünmemiş olabileceğiniz önemli bir yönü vardır. ‘Kuantum yıkılmayan ya da tahribatsız ölçümler’ olarak adlandırılan bu ölçümler, belirli kuantum durumlarını süreç içinde yok etmeden gözlemlemeyi ifade eder. İşleyen bir kuantum bilgisayarı bir araya getirmek istiyorsak, hesaplamalar yapılırken her saniye bilginin dağılmasını engellemek için olağanüstü gayret etmemiz gerekecektir. Peki subjektif olarak düşünmeden objektif bir yaklaşımla bu nasıl mümkün olabilecektir.

Şimdi, bilim adamları kuantum tahribatsız ölçümlerin kaydedilmesi için çok umut vaat eden yeni bir teknik tanımladılar.

Mekanik kuantum sistemleri – kuantum hesaplama açısından biraz büyük fakat bizim için son derece küçük olan öğeler – bu çalışmanın konusuydu.

Temel kuantum büyüsünü mekanik hareketle (titreşim gibi) yönetilebilir ve diğer kuantum sistemleriyle de entegre edilebilirler. Araştırmacılar makalelerinde “Bulgularımız, kuantum hata düzeltme ve çok modlu işlemler gibi mekanik sistemler kullanılarak daha karmaşık kuantum algoritmalarının uygulanmasının önünü açıyor” diyor.

Araştırmacılar, yayınlanan makalelerinde “Sonuçlarımız, kuantum hata düzeltme ve çok modlu işlemler gibi mekanik sistemleri kullanarak daha karmaşık kuantum algoritmaları gerçekleştirmek için kapıyı açıyor” şeklinde açıklama bulunuyorlar.

Araştırmacılar, bu deney için yarım milimetreden biraz daha kalın olan dar bir yüksek kaliteli safir şeridi oluşturdular. Kuantum hesaplama işlemleriyle itilebilen fononlar gibi hareket eden enerji birimleri olan akustik dalgalar, küçük bir piezoelektrik dönüştürücü kullanılarak uyarıldı. Akustik rezonatör, bu cihazın teknik terimidir.

Fonon Nedir?

Fizikte, bir fonon, yoğun maddede, özellikle katılarda ve bazı sıvılarda atomların veya moleküllerin periyodik, elastik bir düzenlemesinde toplu bir uyarımdır.

Bir tür yarıparçacık olan fonon, etkileşen parçacıkların elastik yapıları için titreşim modlarının kuantum mekanik kuantizasyonunda uyarılmış bir durumdur. Fononlar, nicelenmiş ışık dalgaları olarak fotonlara benzer şekilde, nicelenmiş ses dalgaları olarak düşünülebilir.

Fononların incelenmesi, yoğun madde fiziğinin önemli bir parçasıdır. Isıl iletkenlik ve elektriksel iletkenlik gibi yoğun madde sistemlerinin birçok fiziksel özelliğinde önemli bir rol oynarlar ve ayrıca nötron saçılımı modellerinde ve ilgili etkilerde temel bir rol oynarlar.

Fonon kavramı 1932’de Sovyet fizikçi Igor Tamm tarafından tanıtıldı. Fonon adı, ses veya ses anlamına gelen Yunanca φωνή (phonē) kelimesinden gelir, çünkü uzun dalga boylu fononlar sese neden olur. Adı foton kelimesine benzer.

Yazımıza tekrardan dönersek;

Bu süreçteki ilk adımdı. Akustik rezonatör, ölçümleri yapmak için hem 1 hem de 0 değerini aynı anda tutabilen ve Google ve IBM gibi işletmelerin daha önce ilkel kuantum bilgisayarları oluşturdukları temel kuantum bilgisayar yapı parçaları olan süper iletken bir qubit ile eşleştirildi.

Bilim adamları, akustik rezonatördeki fononların sayısını, onlarla etkileşime girmeden veya herhangi bir enerji iletmeden, süper iletken kübütin durumunu miktarlarına bağlı hale getirerek okuyabildiler.

 

Etherwave GRAIN BLUE articlehero
Etherwave GRAIN BLUE articlehero ref: http://www.thereminworld.com/Article/17637/moog-music-introduces-etherwave-theremin

Ses çıkarmak için dokunmayı gerektirmeyen tuhaf bir müzik aleti olan theremin çalmakla karşılaştırırlar.

Kuantum hesaplama eşdeğerini bir araya getirmek kolay değildi: Bu durumların daha uzun süre uzatılma şekli bu teknikteki yeniliğin bir parçasıydı. Kuantum durumları genellikle oldukça kısa ömürlüdür. Bu, kısmen malzeme seçimi ve kısmen elektromanyetik koruma sağlayan süper iletken bir alüminyum haznenin kullanılmasıyla gerçekleştirildi.

Sonraki denemelerde mekanik kuantum sisteminin ‘parite ölçüsünü’ elde edebildiler.

Parite ölçüsü, özellikle sistem hatalarını onarmak söz konusu olduğunda, bir dizi kuantum teknolojisinde önemlidir — ve her zaman hata yaparsa hiçbir bilgisayar etkili bir şekilde çalışamaz.

Araştırmacılar, “Devre kuantum akustodinamiği, mekanik rezonatörleri süper iletken devrelere bağlayarak hareketli kuantum durumlarını manipüle etmek ve tespit etmek için bir dizi temel aracı kullanılabilir hale getirebilir” diyor.

Bunların hepsi oldukça yüksek seviyeli kuantum fiziğidir, ancak ana hat, bunun, özellikle birden fazla türde sistemin karıştırılması açısından, gelecekteki kuantum bilgisayarları için potansiyel olarak temel teşkil edebilecek teknolojilerden birinde ileriye doğru atılmış önemli bir adım olmasıdır.

Bu makalede bildirilene benzer bir hibrit kübit rezonatör cihazı, iki araştırma alanının en iyisini birleştirebilir: süper iletken qubit işleme yeteneği ve mekanik sistem kararlılığı. Bilim adamları artık bilginin böyle bir aygıttan zarar vermeden alınabileceğini göstermiştir.

Yapılması gereken daha çok iş var – durumları ölçme görevi rafine edildikten ve tamamlandıktan sonra, bu durumların pratik değere sahip olması için sömürülmesi ve kontrol edilmesi gerekiyor – ancak kuantum hesaplama sistemleri muazzam vaatlerini gerçekleştirmeye bir adım daha yaklaşmış olabilir.

Araştırmacılar şunları ekliyor: “Burada klasik olmayan mekanik durumların fonon sayı dağılımının ve paritesinin doğrudan ölçümlerini oluşturuyoruz.”

“Akustik kuantum bellek ve işlemciler yapmak için temel yapı parçalarından bazıları bu ölçümlerdir.”

Kaynak: Sciencealert

Benzer Reklamlar

İlk yorum yapan olun

Yorumunuz