Fizikçi kuantum hesaplama için fotonları sayabilen dedektör geliştirdi

Tek bir fotonu tespit etmek başlı başına bir zorluktur. Peki ya aynı anda belirli bir noktaya tam olarak kaç fotonun geldiğini bilmek istiyorsanız? Fizikçi Erik Baalbergen tam da bunu yapabilen ışık dedektörleri üzerinde çalışıyor. Geleceğin optik kuantum bilgisayarı için önemli bir yapı taşı oluşturuyorlar.

Baalbergen, “En çok ışıkla yapılan deneylerden her zaman keyif aldım” diyor. “Ve bu proje optik, elektronik ve katı hal fiziği alanlarını bir araya getiriyor. İnanılmaz derecede ilginç bulduğum tam da bu kesişim.” Doktora çalışması sırasında. Leiden Üniversitesi’nde araştırma yaparken, özel ışık dedektörlerinin geliştirilmesi ve iyileştirilmesi üzerinde çalıştı. 3 Kasım’da “Süper İletken Nanotellerle Foton Sayısı Çözünürlüğü” adlı tezini savundu.

Hafif parçacıkların sayılması

“Bir, iki ve üç (veya daha fazla) fotonu ayırt etmenizi sağlayan bir teknik geliştirdik.” Baalbergen, bir optik kuantum bilgisayarın, içinden geçen ışık parçacıklarının tam sayısını sayabilecek bir detektöre sahip olması gerektiğini açıklıyor. Bunun nedeni bilgisayarın hesaplamaları gerçekleştirmek için bu fotonları kullanmasıdır. Şimdiye kadar dedektörler yalnızca hafif parçacıkların mevcut olup olmadığını tespit edebiliyordu.

Baalbergen şöyle diyor: “Yeni dedektörümüz bu nedenle tam olarak ne kadar ışık parçacığının bulunduğunu ölçüyor ve bu ölçümler aynı zamanda bu sonucun ne kadar kesin olduğu hakkında da bilgi sağlıyor. İleriye doğru küçük bir adım gibi görünebilir, ancak aslında oldukça önemli, temel bir adımdır. Kuşkusuz, dedektörümüzün hala daha fazla geliştirilmesi gerekiyor, ancak şu anda başlattığımız yolla oraya ulaşacağız.”

Işığa tepki veren nanoteller

Baalbergen, süperiletken nanotel dedektörleri olarak adlandırılan, çok düşük sıcaklıklarda sıfır elektrik direnci sergileyen bir malzemeden yapılmış son derece ince telleri araştırdı. Bir foton böyle bir tele çarptığı anda elektriksel durumu değişir ve ölçülebilir bir sinyal üretilir. Baalbergen’in araştırdığı teknik çözümlerden biri, dedektör ile sinyali okuyan elektronik aksam arasındaki akıllı bağlantıdır. Bu bağlantı, elektrik sinyalinin daha azının kaybolmasını sağlar.

Araştırma grupları güçlerini birleştiriyor

Baalbergen, araştırması sırasında bir süre aynı zamanda doktora derecesi olan teorik fizikçi Ilse Kuijf ile de çalıştı. Leiden’da öğrenci. Halihazırda tamamlanmış deneylerden elde edilen ölçüm verilerinden daha fazla bilgi elde etmek için daha iyi veri analizinin ve yeni yapay zeka tekniklerinin nasıl kullanılabileceğini araştırıyor.

Kuijf ve Baalbergen, yüksek lisans öğrencileri Lars Seldenthuis ile birlikte yalnızca elektrik sinyalinin genliğine değil, aynı zamanda bu sinyalin zaman içinde nasıl değiştiğine de bakma fikrini ortaya attılar. Bu şekilde dedektörün kaç tane foton tespit ettiğini daha doğru bir şekilde tespit etmenin bir yolunu buldular. Bu yöntem, okuma elektroniği üzerinde nispeten az talep doğurur ve bu nedenle uygulanması hızlı ve kolaydır. Araştırmaları şu adreste yayınlandı: APS Açık Bilim Temmuz ayında.

Gelecek için bir yapı taşı

Foton dedektörü, optik kuantum bilgisayarın yalnızca bir bileşenidir. Ancak bu bileşenlerin her biri teknolojinin daha da gelişmesi için gereklidir. Zamanla kuantum bilgisayarlar, geleneksel bilgisayarlar için son derece zor olan karmaşık hesaplamaları gerçekleştirebilecek. Örnekler arasında kimyasal reaksiyonların daha iyi anlaşılması ve yeni moleküller ve malzemelerin tasarlanması yer alır.

Baalbergen, “Optik kuantum bilgisayarın süper iletken kuantum bilgisayara göre en büyük avantajı, neredeyse tüm bileşenlerinin oda sıcaklığında çalışmasıdır” diye açıklıyor. “Dolayısıyla sıcaklığı mutlak sıfıra yakın bir seviyeye indirmek için büyük bir soğutma sistemine ihtiyacımız yok. Bu da çok fazla para ve zaman tasarrufu sağlıyor.”

Işık parçacığı dedektörü kuantum bilgisayarlarını daha doğru hale getiriyor

Doktora çalışması sırasında. Araştırmada Baalbergen, QuiX Quantum ile işbirliği yaptı. 2026 yazında şirket, optik kuantum bilgisayarının ilk çalışan prototipini piyasaya sürdü. Baalbergen, Leiden’de geliştirdiğine benzer bir foton dedektörünün bu bilgisayarın gelecek neslinde yer almasını bekliyor. “Bu dedektörle kuantum bilgisayarı yakında hesaplamaları daha da yüksek doğrulukla gerçekleştirebilecek.”