Kuantum işlemciler olarak bilinen bilgi işlem sistemleri, verileri işlemek ve hesaplamalar yapmak için kuantum mekaniğini kullanır. Bazı görevlerde, bu sistemler hem hız hem de hesaplama gücü açısından geleneksel CPU’lardan fark edilir derecede daha iyi performans gösterebilir.
Geçtiğimiz on yıl içinde mühendisler umut vaat eden bir dizi kuantum bilgi işlem sistemi yarattılar, ancak bu sistemleri ölçeklendirmek ve geniş ölçekte kullanılabilmelerini sağlamak hala bir zorluk. Bireysel olarak kalibre edilebilen ve daha sonra daha büyük bir mimaride birleştirilebilen çok sayıda küçük kuantum modülüne sahip modüler sistemler yapmak, kuantum işlemcilerin ölçeklenebilirliğini artırmak için ortaya atılan bir yöntemdir. Ancak bunun için uygun ve verimli ara bağlantılar (yani bu küçük modülleri birbirine bağlayan cihazlar) gerekmektedir.
Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, Uluslararası Kuantum Akademisi ve Çin’deki diğer kurumlardaki bilim insanları tarafından modüler süper iletken kuantum işlemcilerdeki çeşitli modülleri birbirine bağlamak için yakın zamanda düşük kayıplı ara bağlantılar oluşturuldu. İlk olarak Nature Electronics’te yayınlanan bu ara bağlantılar, impendans transformatörleri ve saf alüminyum teller üzerine inşa edilmiştir.
Çalışmayı yürüten araştırmacılardan Youpeng Zhong Tech Xplore’a yaptığı açıklamada şunları söyledi: “Şu anki yayınımız, Chicago Üniversitesi’nde yaptığım ve iki yıl önce Nature’da yayınlanan doktora sonrası araştırmamın temel ilkeleri üzerine inşa edildi. O araştırmada niyobyum-titanyum (NbTi) süper iletken koaksiyel kablo kullanarak iki kuantum işlemciyi birbirine bağlamıştım.”
Zhong, daha önceki araştırmalarından birinde, kriyojenik/kuantum sistemleri tasarlamak için sıklıkla kullanılan NbTi süper iletken kabloları kullanarak iki farklı kuantum bilgisayarı birbirine bağlamayı denedi. Bağlantı kaybını azaltmak amacıyla kuantum çiplerini bağlı NbTi kablosuna telle bağlamayı denedi.
Bunun son derece zorlayıcı olduğu ortaya çıkınca Zhong, “Kuantum devrelerimizle aynı malzeme olan alüminyum gibi diğer süper iletken metallerden oluşan yeni kablolar denemeyi düşündüm. “Saf alüminyum koaksiyel kablolar, bakırdan daha az kayıplı ve lehimlenmesi daha zor olduğu için raftan kolayca erişilebilir değildir, bu da onları standart kablolama uygulamaları için uygun hale getirmez. Dahası, süper iletken geçiş sıcaklığı sıvı helyum sıcaklığından daha düşüktür.
Kuantum bağlantısı içeren uygulamalar dışında saf alüminyum koaksiyel kabloya ihtiyaç duyan uygulamalara nadiren rastlanır.
Zhong, yenilikçi düşük kayıplı ara bağlantıları için özel olarak saf alüminyum koaksiyel kablolar satın aldı ve bunlara çip içi empedans transformatörleri entegre etti. Ortaya çıkan ara bağlantıların kuantum çiplerine bağlanması daha kolaydı ve NbTi kablolar kullanılarak inşa edilen geleneksel ara bağlantılardan çok daha düşük kayıplara (bir büyüklük sırasına göre) sahipti.
Zhong’a göre saf alüminyum kablolar kuantum ara bağlantıları için ideal seçenek olduğunu kanıtladı. Ara bağlantılarımız, kablo ile kuantum çipi arasında bir tel-bağ bağlantısı, kuantum çipi üzerinde empedans transformatörü görevi gören çeyrek dalga boylu bir iletim hattı ve özel olarak inşa edilmiş bir alüminyum koaksiyel kablodan oluşmaktadır. Kablo-bağlantı noktası, ekibin ara bağlantısındaki empedans transformatörü tarafından kuantum durumlarını aktarmak için kullanılan bir duran dalga modunun akım düğümüne dönüştürülür. Sonuç olarak, birkaç kuantum işlemcisi arasındaki bağlantı noktasındaki direnç kaybı büyük ölçüde azaltılıyor.
Zhong, “Bulgularımız bize, kutunun dışında düşünürsek ne kadar çok potansiyel gelişme elde edebileceğimizi hatırlatıyor” dedi. “Örneğin, Charles Kao’nun çalışmaları bugün hepimizin bildiği gibi optik fiberlerin temelini attı: 0,2 dB/km’lik rekor kayıpla modern küresel iletişim ağının belkemiği haline geldiler – kısa ve uzun mesafeli iletişim için vazgeçilmezler. Bu son derece teknik ve neredeyse ihmal edilmiş malzeme bilimi araştırmasının dönüştürücü etkisi, 2009 Nobel Fizik Ödülü’nün yarısına layık görüldü. Bir başka örnek de Elon Musk’ın Starship Mars Roketi için paslanmaz çelik kullanılmasıdır.”
Bu bilim insanı grubunun en son araştırması, modüler kuantum bilgisayarlardaki işlem modüllerini birbirine bağlamak için verimli ara bağlantılar oluşturmak için alüminyum kabloların muazzam potansiyelini göstermektedir. Yakın gelecekte, diğer modüler sistemler Zong ve çalışma arkadaşları tarafından geliştirilen düşük kayıplı ara bağlantıyı kullanabilir ve daha ölçeklenebilir kuantum işlemcileri tasarlamaya yönelik devam eden girişimleri ilerletebilir.
Zhong sözlerine şöyle devam etti: “Gelecekteki araştırma önceliklerimden biri, çeşitli kuantum bilgisayarlar arasında kuantum dolaşıklık kapılarını araştırmak. “Bir diğeri ise kuantum işlemcilerin boyutunu büyütmek için çok sayıda modülü bir araya getirmeye çalışmak.”
Kaynak: techxplore.com/news
