Mantık kapılarını çalıştıran kuantum noktalarındaki tek tek elektronları hassas bir şekilde düzenlemek için yeni bir teknik Avustralyalı mühendisler tarafından geliştirildi. Ayrıca, yeni teknik daha kompakt ve daha az bileşen gerektiriyor ki bu da büyük ölçekli silikon kuantum bilgisayarların gerçekleştirilmesi için çok önemli olabilir.
UNSW Sydney’den mühendisler ve kuantum hesaplama start-up’ı Diraq tarafından tesadüfen elde edilen bulgu Nature Nanotechnology dergisinde açıklandı.
Kuantum Bilgisayarlarının Gelişimine Devasa Katkılar
UNSW’nin bir yan kuruluşu olan Diraq’ta kuantum işlemci mühendisi olan başyazar Dr. Will Gilbert, “Bu daha önce hiç görmediğimiz ve ilk başta tam olarak anlayamadığımız tamamen yeni bir etkiydi. “Ancak kısa süre içinde bunun bir kuantum noktasındaki spinleri manipüle etmek için güçlü ve yeni bir teknik olduğu ortaya çıktı. Ve bu gerçekten heyecan vericiydi.”
Hesaplamanın temel birimi olan mantık kapısı, ikili rakamların (0 ve 1) veya “bitlerin” verileri işlemek için nasıl etkileşime girdiğidir. Ancak bir kuantum biti (kübit olarak da bilinir) bu durumların her ikisinde de aynı anda bulunabilir; buna “süperpozisyon” denir. Bu, geleneksel bilgisayarlar tarafından kullanılanların ötesine geçen çok çeşitli hesaplama tekniklerinin önünü açar. Kübitleri oluşturan “kuantum noktaları”, bir veya daha fazla elektronu hapsetme yeteneğine sahip mikroskobik nano aygıtlardır. Hesaplamanın gerçekleşmesi için elektronların hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.
Dr. Tuomo Tanttu, kuantum noktalarını yöneten metrenin milyarda biri büyüklüğündeki cihazların çeşitli geometrik düzenlemelerini ve bunların çalışmasını sağlayan çeşitli küçük mıknatıs ve antenleri test ederken garip bir olgu keşfetti.
Diraq’ta ölçüm mühendisi olan Dr. Tanttu şöyle hatırlıyor: “İki kübitlik bir kapıyı gerçekten doğru bir şekilde çalıştırmaya çalışıyordum, birçok farklı cihaz, biraz farklı geometriler, farklı malzeme yığınları ve farklı kontrol stratejileri üzerinde yineliyordum.” “Sonra tuhaf bir zirve ortaya çıktı. Bu testleri yürüttüğüm dört yıl boyunca, kübitlerden birinin dönüş hızının arttığını hiç fark etmemiştim.”
Mühendisler daha sonra Diraq’ın ortaya çıkardığı şeyin, daha önce kullandıkları manyetik alanların aksine elektrik alanları kullanarak tek bir kübitin kuantum durumunu kontrol etmek için yeni bir yöntem olduğunu anladılar. Geliştiriciler, 2020’de keşfedildiğinden bu yana teknolojiyi geliştiriyor ve Diraq’ın tek bir çip üzerinde milyarlarca kübit oluşturma vizyonunu gerçekleştirmek için çalışırken bunu alet çantalarına ekliyorlar.
Gilbert’e göre, kontrol etkisi yaratmak için kübitlerin hemen yanında kobalt mikro mıknatıslar veya bir anten oluşturmak, kübitleri manipüle etmenin bu yeni yöntemi ile gerekli değildir. “Her bir kapının etrafına inşa edilecek ek yapılara olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor. Dolayısıyla daha az dağınıklık oluyor.”
Silikonun kuantum bilgisini işleyebilmesi için, tek bir elektronu yakındaki komşularını bozmadan kontrol etmek mümkün olmalıdır. İyi bilinen iki teknik vardır: indüklenmiş bir gradyan manyetik alan kullanan elektrik dipol spin rezonansı (EDSR) ve çip üzerinde bir mikrodalga anten kullanan “elektron spin rezonansı” (ESR). İçsel spin-yörünge EDSR, yakın zamanda keşfedilen yöntemin adıdır.
Dr. Tanttu, tipik olarak “mikrodalga antenlerimizi yalnızca manyetik alanlar sağlayacak şekilde inşa ediyoruz” diye ekledi. “Bu özel anten tasarımının istediğimizden daha fazla elektrik alanı üretmesi bir şans oldu çünkü kübitleri kontrol etmek için kullanabileceğimiz yeni bir etki tanımlayabildik. Bu sizin için bir şans.”
UNSW’de Kuantum Mühendisliği Profesörü olan ve 2015 yılında ilk silikon kuantum mantık kapısını inşa eden grubu yöneten Profesör Andrew Dzurak, “Bu yeni mekanizma, önceki 20 yıllık çalışmamız boyunca geliştirdiğimiz özel teknoloji hazinesine eklenen bir cevherdir” dedi.
Bilim adamı sözlerini şöyle sürdürdü: “Bu gelişme, mevcut bilgisayar çipleriyle temelde aynı yarı iletken bileşen teknolojisine dayanan, silikon üzerinde kuantum hesaplamayı gerçeğe dönüştürme çalışmalarımıza dayanıyor. Yöntemimiz, günümüz bilgisayar endüstrisiyle aynı CMOS teknolojisine dayandığı için ticari üretim için ölçek büyütmeyi ve tek bir çip üzerinde milyarlarca kübit üretme hedefimize ulaşmayı daha basit ve hızlı hale getirecek.
Çağdaş bilgisayarların merkezinde yer alan üretim yöntemi CMOS (tamamlayıcı metal oksit yarı iletken) olarak bilinir. Mikroişlemciler, mikrodenetleyiciler, bellek çipleri ve diğer dijital mantık devrelerinin yanı sıra görüntü sensörleri ve veri dönüştürücüler gibi analog devreler de dahil olmak üzere tüm farklı entegre devre parçaları bu yöntemle üretilmektedir.
Bir kuantum bilgisayarının geliştirilmesi “yirmi birinci yüzyılın uzay yarışı” olarak adlandırılmıştır; sofistike ilaçların ve gelişmiş malzemelerin tasarımı veya muazzam, tasnif edilmemiş veri tabanlarının hızlı bir şekilde aranması gibi aksi takdirde üstesinden gelinemeyecek hesaplamaların üstesinden gelmek için çığır açan araçlar üretme potansiyeline sahip zorlu ve iddialı bir girişimdir.
Dzurak’a göre Ay’a iniş, sıklıkla insanlığın en büyük teknolojik başarısı olarak görülüyor. “Ancak gerçek şu ki, cebinizde taşıdığınız ve bir senfoni gibi işlev görmek üzere bir araya getirilmiş milyarlarca çalışan cihaz içeren günümüzün CMOS çipleri, modern yaşamı tamamen değiştiren inanılmaz bir teknik başarıdır. Kuantum bilgisayarları görmek de bir o kadar şaşırtıcı olacaktır.”
Kaynak: phys.org/news
