Fizikçiler 256 Qubit ile Özel bir Kuantum Bilgisayarı Geliştirdiler

Kuantum bilgisayarında büyük bir ilerleme olan bu gelişmede, Harvard-MIT Soğuk Atomlar Merkezi’nden bir grup fizikçi ve diğer üniversitelerden özel bir tür kuantum bilgisayarı yarattı. Bu sistem, programlanabilir bir kuantum simülatörü olarak adlandırılır ve 256 kuantum biti veya “qubit” ile çalışabilir. Qubit’ler, kuantum bilgisayarlarının çalışması için Temel olan ve işleme gücünün kaynağıdır.

Yeni gelişme, büyük ölçekli kuantum makinelerine ulaşmamızı sağlar, bunlar kompleks kuantum süreçlerine derin bir bakış açısı kazanmak için kullanılabilir. Ayrıca malzeme bilimi, iletişim teknolojileri, finans ve şu anda araştırma engelleri ile karşı karşıya olan diğer birçok alanda önemli sonuçları olabilir.

Araştırma 9 Temmuz’da Nature‘de yayımlandı.

Alana Yön Verme

Mikhail Lukin, Fizik Profesörü ve Harvard Kuantum Girişimi’nin ortak yönetmenidir. Ayrıca çalışmanın kıdemli yazarlarından biridir.

“Bu, alanın hiç kimsenin daha önce gitmediği yeni bir alana giriyor,” dedi Lukin. “Tamamen yeni bir kuantum dünyasına giriyoruz.”

Sepehr Ebadi, Sanat ve Bilimler Yüksek Okulu’nda fizik öğrencisi ve çalışmanın baş yazarı.

Ebadi’ye göre, sistemin en büyük özellikleri büyüklüğü ve programlanabilirliğidir, bu da onu en iyi sistemlerden biri haline getirir. Çok küçük ölçeklerde maddenin özelliklerini kullanabilir, bu da işleme gücünü geliştirmesini sağlar. Qubit’lerin artması, klasik bit’lerin aksine, sistemin çok daha fazla bilgi depolamasını ve işlemesini sağlar.

“Sadece 256 qubit ile mümkün olan kuantum durumlarının sayısı, güneş sistemindeki atomların sayısını aşar,” dedi Ebadi.

Simülatör, araştırmacılara egzotik kuantum madde durumlarını gözlemleme ve çok precisa bir kuantum evre geçişi çalışması yapma olanağı verdi, bu da manyetizmanın kuantum düzeyde nasıl çalıştığını gösterdi.

Araştırmacılara göre, bu deneyler, bilim adamlarının egzotik özelliklere sahip yeni malzemeler tasarlamayı öğrenmelerine yardımcı olabilir.

Yeni Sistem

Proje, araştırmacılar tarafından 2017 yılında geliştirilen bir platforma dayanmaktadır, ancak bu sefer önemli ölçüde yükseltildi. Geçmişte 51 qubit büyüklüğüne ulaşabiliyordu ve araştırmacıların ultra-soğuk rubidyum atomlarını yakalamasını ve tek boyutlu bir lazer ışını demeti kullanarak belirli bir sırayla düzenlemesini sağlıyordu.

Bu sistem, atomların iki boyutlu optik pense dizileri olarak adlandırılan lazer ışın demetleriyle bir araya getirilmesini sağlar, bu da ulaşılabilir sistem boyutunu 51 qubit’ten 256 qubit’e çıkarır. Araştırmacılar, penseyi kullanarak atomları hata-free desenlerde düzenleyebilir ve programlanabilir şekiller oluşturabilir, bu da qubit’ler arasındaki farklı etkileşimleri sağlar.

“Bu yeni platformun iş atı, optik bir dalgayı şekillendirmek için kullanılan bir cihaz olan uzaysal ışık modülatörüdür, bu da yüzlerce bireysel odaklanmış optik pense ışını üretir,” dedi Ebadi. “Bu cihazlar, esasen bir bilgisayar projektöründe görüntüleri ekran üzerinde görüntülemek için kullanılanlarla aynı, ancak bunları kuantum simülatörümüzün kritik bir bileşeni haline getirmek için uyarladık.”

Atomlar, önce optik penseye rastgele yüklenmeden önce araştırmacılar, atomları hareket ettirerek ve hedef geometrilerde düzenleyerek onları hareket ettirir. İkinci bir hareketli optik pense kümesi, atomları istenen konumlara sürüklemek için kullanılır, bu da ilk rastgeleliği ortadan kaldırır. Lazerler, araştırmacılara atomik qubit’lerin konumları ve koherent kuantum manipülasyonu üzerinde tam kontrol sağlar.

Tout Wang, Harvard’da fizik araştırmacısı ve makalenin yazarlarından biridir.

“Çalışmamız, daha büyük ve daha iyi kuantum bilgisayarları inşa etmeye yönelik gerçekten yoğun, yüksek görünürlüğe sahip küresel bir yarışmanın bir parçasıdır,” dedi Wang. “Genel çaba [bizimkinden başka], en iyi akademik araştırma kurumlarını ve Google, IBM, Amazon ve birçok diğerinin önemli özel sektör yatırımlarını içeriyor.”

Ekibin şimdi qubit’ler üzerindeki lazer kontrolünü geliştirme ve sistemi daha programlanabilir hale getirme üzerinde çalışıyor. Araştırmacılara göre, olası uygulamalar arasında egzotik kuantum madde formlarını araştırmak ve qubit’lerde doğal olarak kodlanabilen gerçek dünya sorunlarını çözme yer alıyor.

“Bu çalışma, çok sayıda yeni bilimsel yönü mümkün kılar,” dedi Ebadi. “Bu sistemlerle yapılabileceklerin sınırlarına nowhere yakınız.”