Kuantum bilgisayarlar için birçok plan foton olarak bilinen ışık parçacıkları kullanarak veri iletirken, Chicago Üniversitesi Pritzker Moleküler Mühendislik Okulu’ndan (Uchicago PME) araştırmacılar sese yöneliyor.
Bugün yeni bir makalede Doğa fiziğiUchicago PME’nin deneyci Cleland laboratuvarını ve teorik Jiang grubunu birleştiren bir ekip, çok daha büyük bir ölçekte ses olarak kabul edilecek küçük mekanik titreşimler olan fononların deterministik faz kontrolünü gösterdi.
Foton tabanlı sistemlerin doğasında var olan rastgeleliği ortadan kaldırarak, bu faz kontrol, yarının kuantum bilgisayarlarını oluşturmada sese açık bir kenar sağlayabilir.
Uchicago PME Prof. Andrew Cleland, “Fonon platformumuzun deterministik doğası, bunun kuantum bilgi işlem için fotonlardan daha iyi bir platform olabileceğini ima ediyor, ancak hala birçok açık soru var.” Dedi.
Uchicago PME araştırmacıları, normal bir bilgisayarı oluşturan “bit” in kuantum eşdeğeri olan süper iletken bir kubitten bir fonon dağıtarak ve elektrik etkileşimine aracılık ederek fonon aşamasını belirleyici olarak kontrol edebildiler. Bu, fonon tabanlı verileri, doğası gereği platformları her zaman fotonlara dayalı olarak engelleyecek rastgele bir kuantum bilgisayar aracılığıyla gönderebilecekleri anlamına gelir.
Teorik olarak, bu, en iyi kuantum bilgisayarlar kadar hızlı ve güçlü sistemlere yol açabilir, ancak masanızdaki dizüstü bilgisayar kadar öngörülebilir.
“Bu deterministik kuantum operasyonlarına sahip olmak, bu hibrid platformuna saf doğrusal optik yaklaşımlara göre bir avantaj sağlar.” Dedi.
Deterministik ve olasılık
Deterministik sistemler, rastgele olmayan basit neden-sonuçtur. Bu, bir şey kırılmadıkça, bilim adamları A yaparlarsa, her zaman B’yi alacakları anlamına gelir.
Ancak kuantum mekaniğinin birçok yönü, deterministik olmayan olarak da bilinen olasılıksaldır. Bu, mükemmel çalışan bir sistemde bile, araştırmacıların istedikleri sonucu alma şansı olduğu anlamına gelir. Bilim adamları A yaparlarsa, B’yi alabilirler ya da kullandıkları kuantum sisteminin türüne bağlı olarak C, belki D veya ötesini alabilirler.
Mühendislik daha iyi sistemler başarı olasılığını artırabilir, ancak her zaman biraz rastgelelik vardır ve araştırmacılar bir sürecin gerçeğe kadar çalışıp çalışmadığını öğrenemezler.
Qiao, “Optik fotonların ölçüm sonucuna dayanarak, bu operasyonun başarılı olup olmadığını belirleyebilirsiniz.” Dedi. “Ve bu işlemi yaparsanız, istediğinizi elde ederseniz değil. Daha çok operasyonu yaptığınız gibi, ölçüm sonucunuza dayanarak, belirli bir başarı veya başarısızlık olasılığınız var.”
Bu yılın başlarında geliştirilen yeni bir kuantum rastgele erişim bellek sistemi de dahil olmak üzere çok çeşitli bilgisayar mimarileri için fononların fazlarını kontrol etme yeteneği uygulanabilir.
Uchicago PME Prof. Liang Jiang, “Kuantum fononik bir alan olarak ilerliyor, yeni teorik mimariler giderek daha fazla kompakt cihazlara izin veriyor ve daha büyük ölçeklerde entegrasyon sağlıyor.” Dedi.
Kısa Yaşamlar
Takım için bir sonraki engel, fononların ömrünü arttırıyor ve titreşimleri kuantum hesaplama için yararlı olacak kadar uzun sürüyor.
Qiao, “Şu anda, bu fononların mikrosaniye aralığında yaşamları var.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Bu fonona hesaplama görevleri için yararlı olmak için 100 kat daha uzun bir ömür vermek istiyoruz.”
Jiang’ın teorik grubunda doktora sonrası araştırmacı olan ortak yazar Zhaoyou Wang, bu hedefin iddialı olsa da, teorik olasılıklar içinde olduğunu söyledi. Yaşamın bu kadar kısa olmasının nedeni, fononların bir kubit ile bağlanmasıdır. Bu bağlantı, ekibin fononları kontrol etmesine izin verirken, titreşimlerin ömrünü, onu boğmak için zil bir zil kapmak gibi kısaltır.
Kendi başlarına, fononlar fotonların toplayabileceğinin çok ötesinde saniyelere kadar tutarlılık süreleri olabilir. Çünkü ışık parlıyor, kendisini atom altı boşluğa yayıyor. Titreşimler sadece kendi başlarına titreşir.
Wang, “Fotonlar elektromanyetik bir dalgadır, bu yüzden dışarıda birçok sızıntı kanalı var.” Dedi. “Onlarla iletişime geçerseniz fononlar çürür, ancak boşluğa sızmazlar. Prensip olarak, çok iyi izole fononik rezonatörleriniz varsa ve onlarla iletişime geçmezseniz, size bozulmaz.”
Cleland, mevcut kısa ömrünün ölçeklenmesini yaklaşık 10 fonona sınırladığını söyledi. Ancak ekibin gelecekteki bir çalışmada kayıp sınırlamasını ele almayı umduğunu söyledi.
Cleland, “Bu makaledeki ilerlemelerden heyecan duyuyoruz, bu da tamamen katı hal, çip tabanlı bir formatta kuantum hesaplama için fonon kullanma olasılığına işaret ediyor.” Dedi.
