İnovatif Kuantum Çipi Alanın Önemli Bir Engelini Aşladı

Kopenhag Üniversitesi’nden kuantum fizikçileri, kuantum teknolojisinde önemli bir ilerleme kaydederek büyük bir engeli aştı. Takım, aynı kuantum çipi üzerinde birden fazla spin kuantumunu aynı anda çalıştırdı, bu da süper bilgisayarların geliştirilmesine yardımcı olacak.

Büyük bir fonksiyonel kuantum bilgisayarı elde etmenin önündeki büyük engellerden biri, birçok temel bellek cihazı veya kuantumların aynı anda kontrol edilmesidir. Bir kuantum kontrol edildiğinde, genellikle başka bir kuantuma applied kontrol darbeleri genellikle negatif bir etki yaratır.

Bu zorluğu aşan takım, Kopenhag Üniversitesi’nin Niels Bohr Enstitüsü’nden iki kuantum fizikçisini içeriyordu – PhD öğrencisi ve Postdoc Frederico Fedele ve Yardımcı Profesör Anasua Chatterjee. İkisi, Associate Profesör Ferdinand Kuemmeth’in grubunda çalışıyordu.

Çalışma, Physical Review X Quantum dergisinde yayımlandı.

Spin Kuantumları ile Yeni Yaklaşım

Google (GOOGL ) ve IBM gibi şirketler kuantum işlemciler için süper iletken teknolojisine odaklanırken, araştırma grubu daha çok yarı iletken kuantumlara, yani spin kuantumlara odaklanıyor.

“Genel olarak, bunlar, bireysel spin durumlarını kontrol edilebilecek ve birbirleriyle bağlantılı hale getirilebilecek şekilde kuantum noktaları olarak adlandırılan yarı iletken nano yapılar içinde hapsolmuş elektron spinlerinden oluşur” diyor Fedele.

Spin kuantumları, kuantum durumlarını uzun süre koruyabilir, bu da diğer platform türlerine göre daha hızlı ve daha doğru hesaplamalar yapmalarına olanak tanır. Küçük boyutları nedeniyle, bir çipe diğer kuantum yaklaşımlarına göre çok daha fazlasını sığdırabilir. Bu, daha fazla kuantumun daha büyük bir bilgisayarlı işlem gücü anlamına geldiği için önemlidir.

Araştırma ekibi, tek bir çip üzerinde 2×2 diziliminde dört kuantumu oluşturup çalıştırmayı başardı.

Kuantumların İletişim Kurması

Anasua Chatterjee’ye göre, en önemli hedeflerden biri kuantumların birbirleriyle iletişim kurmasını sağlamaktır.

“Şimdi oldukça iyi kuantumlarımıza sahip olduğumuz için, oyunun adı onları devrelerde bağlamak, birçok kuantumu çalıştırabilen ve aynı zamanda kuantum hesaplama hatalarını düzeltebilecek kadar karmaşık olan devreler oluşturmaktır” diyor Chatterjee. “Şu ana kadar spin kuantumlarında yapılan araştırmalar, 2×2 veya 3×3 kuantum dizilimlerinden oluşan devrelere ulaştı. Sorun, kuantumların yalnızca birer birer ele alınıyor olmasıdır.”

Ekibin geliştirdiği kuantum devresi, galliyum arsenit adlı yarı iletken bir maddeden yapılmıştır ve bir bakterinin boyutundan daha küçüktür.

Chatterjee, çalışmanın iki baş yazarından biridir.

“Çipimizin yeni ve gerçekten önemli olan yanı, tüm kuantumları aynı anda çalıştırıp ölçebilmemizdir. Bu, spin kuantumlarında – veya birçok diğer kuantum türünde – daha önce gösterilmemiş bir şeydir” diyor Chatterjee.

Kuantum hesaplamaları gerçekleştirmek için, kuantumları aynı anda çalıştırıp ölçmek önemlidir. Kuantumlar oldukça hassastır ve teker teker ölçüldüğünde, küçük bir ambient gürültü bile bir sistemdeki kuantum bilgilerini değiştirebilir.

“Daha güçlü kuantum işlemciler elde etmek için, yalnızca kuantum sayısını artırmakla kalmayıp, aynı anda gerçekleştirilen işlemlerin sayısını da artırmamız gerekiyor, ki bunu yaptık” diyor Profesör Kuemmeth.

Diğer bir büyük zorluk, çipin 48 kontrol elektrodunun manuel olarak ayarlanması gerektiği ve sürekli olarak ayarlanmış halde tutulması gerektiğidir. Bu, insanlar için zaman alıcı bir görevdir, bu nedenle ekip şimdi bu süreci optimize etme algoritmaları ve makine öğrenimi kullanmak için bir yol arıyor.