Temel fizik, mikroskobik kristallerden atom altı parçacıklara kadar her şeyin önemli bir bileşeni olan “simetri” fikrine dayanır. Sonuç olarak, asimetri veya simetri eksikliği bir sistemin özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilir.
Kuantum bilgisayarlar için kübitler, bilgisayar bitlerinin kuantum eşdeğeridir. Olağanüstü hassasiyetleri nedeniyle, bir kübit sisteminin içerebileceği herhangi bir kuantum bilgisi yalnızca en ufak bir pertürbasyonla kaybolabilir. Kırılganlıkları göz önüne alındığında kübitlerin simetrik bir ortamda en kararlı olmaları mantıklıdır. Belirli bir kübit türü olan moleküler kübit için ise tam tersi geçerlidir.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, Glasgow Üniversitesi ve Chicago Üniversitesi Pritzker Moleküler Mühendislik Okulu’ndan (PME) araştırmacılar, moleküler kübitlerin özellikle biyolojik kuantum sensörleri olarak kullanım olanaklarını genişletti.
Chicago Üniversitesi’nde Moleküler Mühendislik ve Fizik alanında Liew Aile Profesörü, Argonne’da kıdemli bilim adamı, Chicago Kuantum Borsası direktörü ve Enerji Bakanlığı Kuantum Bilgi Bilim Merkezi Q-NEXT’in direktörü olan David Awschalom’a göre, “Moleküler kubitler, özel olarak tasarlanıp çeşitli farklı ortamlara yerleştirilebildikleri için oldukça çok yönlüdür.” Bu stabilizasyon tekniğinin geliştirilmesi, bu yeni teknolojinin olası kullanımları için yeni yollar açıyor.
Bir sistemin kubit olarak kullanılabilmesi için klasik bir bilgisayarda “0” ve “1” ile karşılaştırılabilecek iki kuantum durumuna sahip olması gerekir. Bununla birlikte, kuantum durumları kırılgandır ve herhangi bir şekilde rahatsız edilirlerse parçalanırlar. “Tutarlılık süresi” ya da bir kübitin çökmeden önce bir kuantum durumunu koruyabileceği süre söz konusu olduğunda, kuantum bilimciler sınırları zorlamaktadır.
Bir kübitin tutarlılık süresini artırmaya çalışmanın bir yolu, onu mümkün olduğunca fazla dış etkiden korumaktır. Awschalom ve ekibi, moleküler kübitleri asimetrik bir kristal dizisinde düzenleyerek, bazı kuantum durumlarının dış manyetik alanlara karşı önemli ölçüde daha az hassas olduğunu ve daha uzun tutarlılık sürelerine sahip olduğunu keşfetti: Simetrik bir kristal dizisindeki özdeş kubitler için 2 µs’ye karşılık 10 µs.
MIT’de kimya alanında doktora öğrencisi olan ve deneyde işbirliği yapan Dan Laorenza’ya göre, asimetrik ortam “tutarlılık koruması” sunuyor ve bu da kübitlerin daha kaotik konumlara yerleştirilse bile kuantum bilgilerini korumalarını sağlıyor.
“Artık manyetik olarak gürültülü durumlarda moleküler kübit tutarlılığını arttırmanın doğrudan ve güvenilir bir yolunu anlıyoruz. Özellikle biyolojide görülenler gibi amorf ortamlara yerleştirilen moleküller için bu asimetrik ortam, diğer birçok moleküler sisteme kolayca çevrilebilir ki en önemli şey de budur.
Biyolojik sistemlerde, özellikle de tıp alanında kübit kuantum sensörleri için çok sayıda potansiyel kullanım alanı mevcuttur. Bununla birlikte, biyolojik sistemler herkesin bildiği gibi kaotik ve gürültülü olduğundan, bu kübit sensörlerin tutarlılığını korumak oldukça zorlu bir görevdir. Bu çalışma alanlarında daha iyi sensörler, asimetrik bir ortamın moleküler kübitleri manyetik alanlara karşı neden stabilize ettiğini anlamaktan kaynaklanabilir.
Kaynak: phys.org
