Modern teknoloji, kuantum araştırmaları sayesinde daha etkili bilgisayarlar, iletişim ve sensörler sayesinde bir devrim geçirebilir. Ancak bu teknolojik hedeflerin gerçekleştirilmesinde, kuantum sistemlerindeki bilginin nasıl düzgün bir şekilde kontrol edileceği gibi zorluklar hala mevcuttur.
Rochester Üniversitesi’nden fizik doçenti John Nichol liderliğindeki araştırmacılar, şaşırtıcı yeteneklere sahip küçük, nano ölçekli yarı iletkenler olan silikon kuantum noktalarındaki elektron spinini değiştirerek bir kuantum sistemindeki bilgiyi manipüle etmek için yeni bir teknik tanımlıyor.
Nichol’a göre, “çalışmanın bulguları, yarı iletken kuantum noktalarındaki elektron spinine dayalı kübitlerin tutarlı kontrolü için potansiyel yeni bir mekanizma sunuyor ve bu da uygulanabilir silikon tabanlı bir kuantum bilgisayarın yaratılmasına kapı açabilir.”
Milyarlarca transistör ya da bit, tipik bir bilgisayarı oluşturur. Öte yandan kuantum bilgisayarlar kuantum bitleri ya da kübitler kullanılarak inşa edilir. Qubitler kuantum mekaniği ilkelerine göre düzenlenir ve yalnızca “0” (kapalı) ya da “1” (açık) olabilen geleneksel transistörlerin aksine aynı anda hem “0” hem de “1” olabilirler.
Uzun zamandır kübit olarak görülen silikon kuantum noktaları, elektron spininin kontrolü yoluyla kuantum bilgi aktarımının manipüle edilmesine olanak sağlayacaktır. Küçük bir çubuk mıknatıs gibi, bir kuantum noktasındaki her elektron özünde manyetiktir.
Her elektron hızla dönüyormuş gibi davranan negatif yüklü bir parçacık olduğundan, bilim insanları bu manyetik momenti “elektron spini” olarak adlandırır çünkü manyetizmaya neden olan bu etkili harekettir.
Büyük bir kapı uzun tutarlılık sürelerine sahip olduğu için elektron spini, kuantum hesaplamada bilginin taşınması, depolanması ve işlenmesi için uygun bir seçimdir. Ayrıca, sofistike yarı iletken üretim yöntemleri kullanılarak üretilebilir. Bir kübitin, gürültülü bir ortamla etkileşim sonucunda kuantum bilgisinin kaybolmasından önce sahip olduğu zaman miktarı, tutarlılık süresi olarak bilinir; uzun bir tutarlılık, daha uzun bir hesaplama süresine işaret eder. Yüksek kapı doğruluğu, denenen kuantum eyleminin tam olarak istenildiği gibi gerçekleştirildiğini gösterir.
Kübitlerin Kontrol Edebilmenin Yeni Yolu Bulundu
Kübit olarak silikon kuantum noktaları kullanıldığında elektron spinini kontrol etmek önemli bir zorluktur.
Kübitlerin dalgalanan radyofrekans manyetik alanlara maruz bırakılmasını gerektiren elektron spin rezonansı (ESR), elektron spinini düzenlemek için kullanılan geleneksel tekniktir. Ancak bu yaklaşımın, elektron spin kübitlerinin çoğunun kullanıldığı kriyojenik ortamlarda salınan manyetik alanların üretilmesi ve doğru bir şekilde yönetilmesi gerekliliği gibi bir dizi dezavantajı vardır. Araştırmacılar salınımlı manyetik alanlar üretmek için tipik olarak bir tel üzerinden bir akım iletirler, ancak bu ısı ürettiği için kriyojenik ortamı rahatsız edebilir.
Nichol ve çalışma arkadaşları, silikon kuantum noktalarında elektron spinini düzenlemek için dalgalanan elektromanyetik alanlara dayanmayan yepyeni bir yaklaşım tanımlıyor.
Teknik, silikon kuantum noktalarındaki elektronlar çeşitli spin ve vadi durumları arasında geçiş yaptığında meydana gelen “spin-vadi kuplajı” olarak bilinen bir olguya dayanmaktadır. Bir elektronun vadi durumu, elektronun uzaysal profiline bağlı ayrı bir niteliği ifade ederken, bir elektronun spin durumu manyetik özelliklerini ifade eder.
Spin-vadi bağlantı etkisi, araştırmacılar tarafından spin ve vadi durumlarını düzenlemek için kullanılıyor ve bu da elektron spinini kontrol ediyor.
Salınımlı manyetik alanlar gerektiren ESR’nin aksine, spin-vadi eşleşmesi ile bu tutarlı kontrol tekniği, kübitler üzerinde her yerde kontrol sağlar. Bu da silikon kuantum noktaları kullanan kuantum bilgisayarlarda bilgi manipülasyonu için yeni bir yol açıyor.
Kaynak: thequantuminsider
