Kuantum bilgisayarlar için verimli minyatürleştiren bileşenlerdeki mevcut darboğaz 3D baskı yardımıyla hafifletilebilir.
Kuantum bilgisayarlar, sorunsuz bir şekilde çalışan sayısız küçük parçanın gücünü kullanarak büyük hesaplama zorluklarıyla mücadele ediyor. İyonlar gibi yüklü parçacıkların elektromanyetik alanları manipüle ederek hapsolmuş olduğu sıkışmış iyon teknolojisi, böyle bir bileşendir.
Kuantum operasyonları için uygun optimal iyon sınırına sahip karmaşık elektrot yapılarının üretilmesi söz konusu olduğunda, mevcut mikrofabrikasyon teknikleri kısalır.
Araştırmacılar, yüksek çözünürlüklü 3D baskıda bu soruna bir çözüm bulmuşlardır. Yayınlanan bir çalışmada DoğaKaliforniya Üniversitesi ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı bilim adamları, mikro ölçekli 3D baskı dünyasında popüler bir isim olan iki foton polimerizasyonun (2PP), ölçeklenebilirlik veya hassasiyetten fedakarlık etmeden büyük minyatürleştirilmiş 3D iyon tuzaklarını karmaşık geometrilerle üretebileceğini gösterdiler.
Bir kuantum bilgisayarın kuantum bilgilerini depolamanın bir yoluna ihtiyacı vardır ve tuzak iyon sistemlerinde sınırlandırılmış bireysel iyonlar, kuantum bilgisinin temel taşıyıcıları olan kubit olarak hareket ederek bu rolü yerine getirir.
Bunu mümkün kılmak için, iyon tuzakları, iyonları derin bir potansiyel kuyusunda tutmak için elektrik alanları kullanır, bu da onların sürüklenmesini veya çevreleri tarafından rahatsız edilmelerini önler.
Geleneksel 3D iyon tuzakları, iyon etrafında düzenlenmiş elektrotlar kullanır, bu da güçlü bir hapsetme sunar, ancak iyi minyatürleştirmez.
Ayrıca, büyük iyon elektrot mesafesi (≈1 mm), belirli bir voltaj için üretilen elektrik alan mukavemetini zayıflatır. Zayıf alanlar, bir iyonun ne kadar sıkı tutulabileceğinin ölçüsü olan düşük tuzak frekansına eşittir. Bu onları ölçeklenebilir kuantum bilgi işlem için uygun hale getirmez.
Çalışmalar, tuzakları minyatürleştirmek için hassas desenler oluşturmak için hafif duyarlı bir malzeme uygulayan yarı iletken üretiminde bir işlem olan fotolitografi teknikleri ile oluşturulan 2D elektrot yapılarından inşa edilen yüzey tuzaklarını araştırmıştır. Bununla birlikte, bu yapılar iyonların yerinde tutmak için elektrotlara çok yakın depolanmasını gerektirir. Bu genellikle kuantum işlemlerinde hatalara yol açabilecek ısı üreten elektrotlardan elektrik alanı gürültüsüyle sonuçlanır.
Bu sorunların üstesinden gelmek için, araştırmacılar, güçlü radyal hapsetme gibi geleneksel işlenmiş 3D tuzakların faydalarını çip tabanlı cihazların minyatürleştirmesi ve ölçeklenebilirliği ile birleştiren tuzaklar oluşturmak için yüksek çözünürlüklü bir 3D baskı yöntemi sundular.
İyon tuzakları, iki foton polimerizasyon üzerinde çalışan ticari olarak temin edilebilen bir 3D yazıcı olan nanoscribe kullanarak doğrudan safir substratlar üzerine inşa ettiler, burada yüksek oranda odaklanmış lazerler, hassas üç boyutlu yapılar oluşturmak için bir sıvı reçineyi katılaştırdılar. Bu tuzaklar daha sonra altın veya alüminyum ile metal kaplandı.
Bu tuzakları kullanarak ekip, kalsiyum iyonlarını 2 ila 24 MHz arasındaki radyal tuzak frekanslarıyla başarılı bir şekilde sınırladı. Ayrıca, 0.978 ± 0.012 çan-durum sadakatine sahip iki-kbit bir kapı gibi yüksek sadakatli kuantum operasyonları gösterdiler ve bu da tasarlanan tuzakların kuantum bilgi işlemini desteklemede güvenilirliğini daha da belirlediler.
Araştırmacılar, önerilen yöntem kullanılarak tasarlanan 3D iyon tuzaklarının, hem makro 3D tuzaklarında hem de yüzey tuzaklarında görülenlerden dört kat daha yüksek olan tuzak frekanslarına ulaştığını belirtti.
Sadie Harley tarafından düzenlenen yazar Sanjukta Mondal tarafından sizin için yazılmış ve Robert Egan tarafından gerçekleştirilmiş ve gözden geçirilen bu makale dikkatli insan çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse, lütfen bir bağış (özellikle aylık) düşünün. Alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesap.
