Kuantum bilgisayarlar, belirli hesaplamaları klasik bir bilgisayardan katlanarak daha hızlı çözme potansiyeline sahiptir, ancak bunların pratik kullanımını gerçeğe dönüştürmek için daha fazla araştırmaya şiddetle ihtiyaç vardır. Kuantum bilgisayarlar, çalıştırmak için kuantum bitleri (qubitler) adı verilen temel bir bilgi birimini kullanır; tıpkı klasik bilgisayarların 0’lar ve 1’lerden oluşan ikili sistemi kullanması gibi, ancak çok daha fazla olasılığa sahiptir.
Ancak kuantum bilgisayarların çalışabilmesi için çok sayıda kubit gerekiyor. Kuantum noktaları (kubit olarak hizmet etmelerini sağlayan benzersiz özelliklere sahip nanoyapılar) üzerine yapılan araştırmalar, bu engelin aşılması için çok önemlidir.
Kuantum noktalarının kontrolünde atılım
Tohoku Üniversitesi İleri Malzeme Araştırma Enstitüsü’ndeki (WPI-AIMR) araştırmacılar, yeni nesil kuantum bilgi işleme teknolojilerinin gerçekleştirilmesine yönelik önemli bir adım attı. Çalışma şu tarihte yayınlandı: Bilimsel Raporlar.
Araştırma ekibi, iyi dönüş tutarlılığı ve güçlü elektron korelasyonlarıyla bilinen bir oksit yarı iletken olan çinko oksitte (ZnO) üçlü kuantum noktalarını başarıyla oluşturdu ve elektriksel olarak kontrol etti. ZnO’daki tek ve çift kuantum noktaları daha önce gösterilmiş olsa da, çoklu, kontrol edilebilir noktalara ölçeklendirme şimdiye kadar büyük bir zorluk olarak kaldı.
Araştırmacılar birden fazla kuantum noktasını birleştirerek karmaşık kuantum davranışlarını inceleyebilir ve kuantum hesaplaması için potansiyel mimariler geliştirebilirler.
Yeni kuantum olaylarını gözlemlemek
Ekip ayrıca, yalnızca üç veya daha fazla eşleşmiş kuantum noktasından oluşan sistemlerde ortaya çıkan, kuantum hücresel otomata (QCA) etkisi olarak bilinen benzersiz bir olguyu da gözlemledi.
WPI-AIMR’den Doçent Tomohiro Otsuka ve Tohoku Üniversitesi Elektrik İletişimi Araştırma Enstitüsü liderliğindeki araştırma ekibi, hassas elektrik alanı kontrolü yoluyla üç bağlı kuantum noktası oluşturabilen bir ZnO heteroyapılı cihaz üretti.
Her kuantum noktasının, kuantum bitlerinin uygulanması için çok önemli bir koşul olan birkaç elektron rejimine ulaştığını doğruladılar. Ayrıca, elektron taşıma özelliklerini analiz ederek araştırmacılar, bir kuantum noktasındaki yük konfigürasyonunun, elektrostatik bağlantı yoluyla komşu noktaları etkilediği ve iki elektronun eşzamanlı hareketini tetiklediği QCA etkisini tespit etti; bu, düşük güçlü kuantum mantık işlemleri için öngörülen temel bir mekanizmadır.
Gelecekteki kuantum teknolojileri için çıkarımlar
Otsuka, “Bu çalışma, ZnO’nun karmaşık kuantum etkileşimlerinin meydana geldiği birden fazla, iyi kontrol edilen kuantum noktalarına ev sahipliği yapabileceğini gösteriyor” dedi. “Bir sonraki adımımız, bu oksit sistemlerde tutarlı kuantum kontrolünü ve kübit operasyonlarını keşfetmek.”
Bu araştırma, kuantum bitlerini oluşturmak ve kontrol etmek için güneş kremleri ve şeffaf elektronikler gibi günlük teknolojilerden zaten aşina olduğumuz bir malzeme olan ZnO’yu kullanarak yeni bir yol açıyor.
Bu tür araştırmalar, istikrarlı ve ölçeklenebilir kuantum sistemleri oluşturmanın büyük zorluklarının üstesinden gelmeye yönelik önemli bir adımdır. Bunu başarabilirsek kuantum bilgisayarlar malzeme tasarımı, ilaç keşfi ve veri güvenliği gibi alanlarda devrim yaratmayı vaat ediyor.
Bu nedenle, bu keşif yalnızca kuantum hesaplama için mevcut malzeme yelpazesini genişletmekle kalmıyor, aynı zamanda bizi gelecekte pratik, enerji açısından verimli kuantum cihazlarına da yaklaştırıyor.
