Bir akustik dalga rezonatörü, kuantum hesaplama, iletişim ve algılamada ilerlemeleri kolaylaştıran iki seviyeli bir kuantum sistemi içerir.
Klasik hesaplamada veri depolamanın temel birimi olan bit, bilgiyi ya 0 ya da 1 olarak depolar. Kuantum hesaplamada ise temel depolama birimi kübittir ve sadece iki değerden birini değil aynı zamanda her ikisinin süperpozisyonunu da temsil edebilir. Bu temel ayrımın sonunda benzersiz bir hesaplama potansiyeli alanının kilidini açması beklenmektedir.
Kübitlerin çoğunluğu, tuzaklanmış iyonlar, atomlar veya süper iletken döngüler dahil olmak üzere, içsel olarak üst üste binmiş durumlar sergileyebilen sistemlerden oluşturulmuştur.
Yu Yang, Igor Kladarić ve ETH Zürich’ten bilim insanları, Yiwen Chu liderliğinde, önemli ölçüde daha büyük bir sistemi bir kubite dönüştüren bir teknik geliştirdiler.
Mekanik bir kubit, hesaplama tasarımı ve algılamada mevcut kubit platformlarının sağlamadığı avantajlara sahiptir.
Araştırmacılar, daha büyük cihazda kuantum süperpozisyonu üretmek için rezonatörü süper iletken kübitlerle bağladılar. Bir anten, kübitleri piezoelektrik alüminyum nitrür kubbeye bağlayarak kübitlerden gelen elektrik darbelerini safir bir çip içindeki titreşimlere dönüştürüyor.
Araştırma grubu daha önce de benzer bir akustik dalga rezonatöründe Erwin Schrödinger’in ünlü düşünce deneyine atıfta bulunarak “kedi durumları” olarak adlandırılan üst üste binmiş durumlar üretmek için bu aygıtı kullanmıştı.
Araştırmacılar bu çalışmada safir bir çipte iki faz dışı salınımın üst üste binmesini sağladılar. Fonon modları olarak adlandırılan kolektif salınımlar, modlar arasında eşit enerji boşlukları ile karakterize edilen harmoniklikleri nedeniyle kubit uygulamaları için uygun değildir. Rezonatörün durumu kolayca ikinin ötesinde çoklu modlara geçiş yapabilir.
Araştırmacılar, süper iletken kubitin akımını rezonatörün frekansından küçük bir sapmaya ayarlayarak, farklı durumlar arasında değişken enerji ayrımına neden oldular ve fonon modlarını yalnızca iki durumla sınırladılar. İki seviyeli bir kuantum sistemi bir kubit oluşturur.
Mekanik kubit kabaca 100 mikrosaniyelik bir ömre sahiptir, bu korkunç değildir, ancak mevcut son teknoloji kubit teknolojileriyle rekabet edemez.
Muhtemel faydaları farklılıklarından kaynaklanmaktadır. Çipin büyük hacmi, daha küçük kuantum cihazlarının kapasitesinin ötesinde yerçekimsel dalga ölçümleri yapabilmesini sağlıyor. Mekanik rezonatör ayrıca, süper iletken kubitlerde bulunmayan bir özellik olan optik bilgiyi de dönüştürebiliyor. Bu, rezonatörün yalnızca süper iletken kübitlerde bilgi manipülasyonu için kullanılan mikrodalga fotonlar tarafından değil, aynı zamanda optik fotonlar tarafından da yönetilebileceğini göstermektedir.
Mekanik rezonatör aynı anda birden fazla fonon modunu destekleyebiliyor. Doktora adayı ve çalışmanın birincil yazarı Yang, grubun sistem bozulmadan önce yaklaşık 10 fonon modunu yönetebildiğini belirtiyor. Bununla birlikte, sistemi belirgin bir şekilde faydalı hale getirebilecek geliştirmeler için fırsatlar tanımlıyor. Yang, “100 kübitten oluşan bir kuantum devresi kurmak için 100 ayrı çip imal etmek zorunlu değil” diyor. “Çok sayıda fonon modu içeren tek bir çip üretebiliriz ve her mod bir kübit görevi görebilir.”
Kaynak:pubs.aip.org/physicstoday/online/43797/Qubits-enter-the-mechanical-world
