Kuantum mekanik etkilerinden yararlanan bilgilerin türetilmesine bir yaklaşım olan kuantum hesaplama, kubitlere, devletlerin üst üste binmesinde var olabilecek kuantum bilgi birimlerine dayanır. Kuantum bilgi işlemi etkili bir şekilde gerçekleştirmek için mühendisler ve fizikçilerin kubit durumunu verimli bir şekilde ölçebilmeleri gerekir.
Süper iletken malzemelere dayanan kuantum bilgisayarlarda, kubitler dolaylı olarak, bir kubbit durumuna göre farklı yanıt veren bir devre olan bir okuma rezonatörü ile ölçülür. Bu devrenin yanıtları, tespitini sağlamak için amplifiye edilmesi gereken zayıf bir elektromanyetik dalga kullanılarak araştırılır.
Mikrodalga tonları olarak da bilinen bu sinyalleri yükseltmek için kuantum teknoloji mühendisleri amplifikatör olarak bilinen cihazlara güvenir. Ancak mevcut amplifikatörlerin önemli sınırlamaları vardır. Geleneksel amplifikatörler istenmeyen gürültü gönderebilir ve durumunu rahatsız eder. Daha yakın zamanda tanıtılan süper iletken parametrik amplifikatörler çok verimli olabilir, ancak geleneksel olarak sinyalin yönünü kontrol eden ve kubitleri geri alma gürültüsüne karşı koruyan hacimli ve manyetik donanım bileşenlerine güvenirler.
Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü ve Colorado Üniversitesi’ndeki araştırmacılar yakın zamanda, istenmeyen dönüş sinyallerini yeniden yönlendirirken ve kubitlerle etkileşime girmelerini önlerken hem amplifikatör hem de dönüştürücü olarak hareket edebilen yeni bir cihaz geliştirdiler. Yeni cihaz, yayınlanan bir makalede tanıtıldı Doğa Elektroniğisüperiletken tabanlı kuantum bilgisayarların yükselişine katkıda bulunarak kubitlerin ölçümünü büyük ölçüde basitleştirebilir.
Paper’ın ilk yazarı Maxime Malnou, “Bu makale, aynı 2 portlu cihazda (bir giriş, bir çıkış) girişten çıkışa yayılan bir sinyali yükseltme ve aynı sinyali baskılama yeteneğini birleştirmekle ilgilidir.” Dedi. “Böyle bir özellik, kubitler tarafından yayılan sinyali yükseltmek istediğiniz süper iletken kuantum bilgisayarlar gibi sistemlerde çok önemlidir ve aynı zamanda bu kubitleri okuma zincirinden geri dönen herhangi bir geri dönüşe karşı korur.”
Malnou ve meslektaşları tarafından kullanılan amplifikasyon tekniği kuantum bilgi işlem topluluğu içinde iyi kurulmuşken, izolasyon için kullandıkları yöntem birkaç yıl önce tanıtıldı. Yazarlar için birincil zorluk, her ikisi de tek bir cihaz kullanarak güvenilir bir şekilde uygulayabileceklerini göstermekti.
Malnou, “Cihaz içindeki amplifikasyonu ve izolasyonu yönlendirmek için parametrik işlemleri kullanıyoruz.” “Parametrik bir işlem, sistemdeki bir bileşenin sistem içine enerji eklemek veya dönüştürmek için modüle edilebileceği bir sistemin özelliğidir. Parametrik amplifikasyon (enerji eklediğinizde) için olağan tablo bir salıncakta çocuktur: kütle merkezini periyodik olarak hareket ettirerek, çocuk salınım genliklerini artırabilir.”
Araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni elektronik cihaz, yapay bir iletim hattını, topaklı element indüktörlerinden ve kapasitörlerden yapılmış bir devre yapısını entegre ediyor. Sıradan indüktörler yerine Josephson kavşaklarını kullanarak ekip, çizginin doğrusal olmamasını sağladı, bu da sonuçta hem amplifikasyonu hem de frekans dönüşümünü sağladı.
Malnou, “Dikkat çekici bir şekilde, parametrik süreçler yönlü hale getirilebilir” dedi. “Kavşakları güçlü yönlü mikrodalga pompa tonları ile modüle ederek, ileri seyahat eden sinyaller güçlendirilirken, geriye doğru seyahat eden sinyaller farklı bir frekansa dönüştürülür ve hassas kubitlere ulaşmalarını önler.”
Malnou ve meslektaşları nihayetinde hem sinyallerin amplifikasyonunu hem de izolasyonunu frekans dönüşümü yoluyla, hepsi tek bir cihazda gerçekleştirebildiler. Bu, ikisini birleştirirken karşılaşabileceği bazı zorlukları da ortaya çıkaran dikkate değer bir başarıdır.
Malnou, “Süper iletken kuantum bilgisayarlarda, okuma zincirinin arka eyleminden kupitleri izole etmek çok önemlidir.” Dedi. “Bu, geleneksel olarak pasif manyetik bileşenler kullanılarak elde edilir. Bu bileşenler sadece kubitlerle uyumlu değildir (herhangi bir manyetik alana çok duyarlıdır), aynı zamanda hantaldırlar. Yine de, optimum performans için mümkün olduğunca kupitlere yakın yerleştirilmelidir. Bu, Millikelvin sıcaklıklarına (qubitlerin yaşadığı bir çok fazla alan gerektirir).
Gelecekte, Malnou ve meslektaşları tarafından geliştirilen amplifikatör ve dönüştürücü, daha önce tanıtılan hacimli ve manyetik mikrodalga sirkülatörlerinin ve izolatörlerinin yerini alabilir. Prensip olarak, yeni cihaz da süper iletken kubitlerle uyumludur ve böylece bu kubitlerle birlikte çip üzerine entegre edilebilir.
Malnou, “Bir sonraki çalışmalarımızın bir parçası olarak, çeşitli hedefler izlemeyi planlıyoruz.” “Birincisi, böyle bir cihazla bir kubbit ölçümü gerçekleştirdiğinizde ne olacağını anlamaktır. Bir diğeri, cihazın tasarımını, cihazın içinde yalnızca kaldırdığımız iki parametrik işlemin gerçekleşmesine izin verildiğinden emin olmak için iyileştirmektir. Son olarak, seyahat edici bir parametrik amplifikatör içinde mikrodalga izolasyonu elde etmenin başka yollarını da araştırıyoruz.”
Yazarımız Ingrid Fadelli tarafından yazılmış, Lisa Lock tarafından düzenlenen ve gerçek kontrol ve Robert Egan tarafından 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.
