Kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarların çözülmesi yıllar alacak zor hesaplama problemlerini çözme olasılıklarını devrim yapma potansiyeline sahiptir. Ancak bu bilgisayarların potansiyellerini karşılaması için, kuantum bitlerine veya kubitlere ihtiyaçları var. Daha iyi bir kübit avı, aramalarında farklı materyaller ve yöntemler deneyen dünya çapında araştırmacıların önemli bir projesidir.
Yayınlanan bir çalışmada Kuantum elektroniğinde ilerlemeFAMU-FSU Mühendislik Koleji’nden araştırmacılar, kuantum sıvıları ve katılar kullanarak kubit inşa etmek için alışılmadık ve umut verici bir yaklaşımı araştırdı.
Makaleleri, ultraklean kuantum sıvılarının yüzeylerinin hemen üstünde sıkışıp kaldıkları elektronların ve sıvı helyum ve katı neon gibi katıların nasıl bir kombinasyonunu ve mevcut kuantum teknolojilerinin temel sınırlamalarını aşabilen ölçeklenebilir, yüksek hassaslıklı kubitlere doğru umut verici bir yol sunan bir kombinasyonunu sundu.
“Bu platform her iki dünyanın da en iyisini harmanlıyor” dedi. “Elektron, bozulmamış bir malzeme yüzeyinin üzerinde yüksek vakumda bulunur ve aynı zamanda durumunu kontrol etmek ve okumak için çip tabanlı mikrodalga teknolojilerini kullanabiliriz. Bu çok güçlü bir kombinasyon.”
Kubitlerin iyi çalışmasını sağlamak için tasarımcılar birkaç temel parametreyi optimize etmeye çalışırlar. Bir parametre tutarlılık süresidir, bir kubit karmaşık kuantum durumunu ne kadar sürdürebileceğinin bir ölçümüdür. Diğer önemli parametreler, geçit sadakati veya kubbit işlemlerinin doğru işleme olasılığı, ölçeklenebilirlik veya çok sayıda kubit üretilebilme kolaylığı sayılabilir.
Süper iletken kubitler ve tuzak-iyon kubitleri gibi mevcut ön koşucu platformlarda dezavantajları vardır. Süper iletken kubitler mevcut çip üretimi ile uyumludur ve ölçeklendirme için idealdir, ancak malzeme kusurları sadakatlerini sınırlar ve birçok fiziksel kubitin güvenilir bir mantıksal kubbit oluşturmasını gerektirir. Sıkışılmış iyonlar, vakum izolasyonu nedeniyle uzun tutarlılık süreleri ve yüksek kapı sadakatleri sunar, ancak bu sistemlerin ölçeklenmesi karmaşık kontrol donanımı ile kısıtlanır.
İnceleme makalesi ortaya çıkan bir alternatifi vurgulamaktadır: kuantum sıvıları veya katıların yüzeyinin üzerinde sınırlı elektronları kullanmak, sadece kriyojenik sıcaklıklarda var olan egzotik malzemeler. Bu elektronlar, sıkışmış iyonlar gibi, malzeme kusurları olmayan vakum benzeri bir ortamdan da yararlanırken, çip üstü mikrodalga devreleri ile tam olarak manipüle edilebilir. Bu hibrit avantaj, mevcut sistemlerin uzlaşmaları olmadan yüksek finansal, ölçeklenebilir kubitlere potansiyel bir yol sunar.
Makale, Guo grubunun önemli katkıları da dahil olmak üzere, alanda büyüyen bir çalışma grubundan yararlanıyor. 2022’de, GUO’yu içeren bir ekip, büyük ilgi gören bir atılım olan katı neon üzerinde elektronlar kullanarak kuantum bit operasyonunu gösterdi. Daha yakın zamanlarda, grubu elektronların katı neon üzerindeki yüzey özelliklerine nasıl kendiliğinden bağlanabileceğini ve kupit davranışını etkileyen yeni kuantum durumları oluşturabileceğini ortaya koydu.
İnceleme ayrıca, dünya çapında araştırmacılar tarafından elektron-helyum kubbitlerinde ve diğer kuantum sıvıları ve katı tabanlı platformlardaki önemli gelişmeleri de içermektedir. Kuantum cihaz gelişimine yönelik bu ortaya çıkan yaklaşımları araştırmakla ilgilenen bilim adamları, özellikle de küçük kuantum malzeme topluluğu dışındaki kişiler için birleşik ve erişilebilir bir referans olarak hizmet vermektedir.
Kuantum malzemeleri bilimi ve kuantum bilgi mühendisliği köprüleyerek makale, kubit tasarımında kuantum bilgi işlem vaadinin kilidini açmaya yardımcı olabilecek yeni talimatların temelini oluşturuyor.
Guo, “Kuantum biti yoksa, o zaman ne olursa olsun, geliştirirseniz, faydası yok,” dedi Guo. “Kuantum sıvıları ve katı maddeler alanı oldukça küçüktür. Bu alandaki insanlar kuantum sıvılarının ve katıların özelliklerini anlarlar. Ancak çok daha büyük kuantum bilgi bilimi alanı için, insanlar süper akışkan helyum ve katı neon gibi malzemelere aşina değiller ve şimdi, bu alan dışındaki araştırmacılar ve mühendisler bile tasarım çalışmalarını yapmak için kullanabilirler.”
İnceleme fikri, FSU Quantum Girişimi tarafından düzenlenen bir atölyeden kaynaklandı. Ortak yazarlar arasında Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden Denis Konstantinov ve Notre Dame Üniversitesi’nden Dafei Jin yer alıyor.
