Fizikçiler 256 Qubit’lik Özel bir Kuantum Bilgisayar Geliştirdiler

Kuantum bilgisayarlarında önemli bir ilerleme olarak, Harvard-MIT Soğuk Atomlar Merkezi’nden ve diğer üniversitelerden fizikçiler bir takımı, özel bir tür kuantum bilgisayar oluşturdu. Bu sistem, programlanabilir bir kuantum simülatörü olarak adlandırılır ve 256 kuantum biti veya “qubit” ile çalışabilir. Qubit’ler, kuantum bilgisayarlarının işleyişinin temelidir ve işleme gücünün kaynağıdır.

Yeni gelişme, büyük ölçekli kuantum makinelerine ulaşma yolunda bizi daha da yakınlaştırıyor. Bunlar, karmaşık 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 sonuçlar doğurabilir.

Araştırma 9 Temmuz’da Nature dergisinde yayımlandı.

Alana Yön Verme

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

“Bu, alanı daha önce hiç kimsenin gitmediği yeni bir alana taşıyor,” dedi Lukin. “Tamamen yeni bir kuantum dünyasının içine giriyoruz.”

Sepehr Ebadi, Sanat ve Bilim Yüksek Okulu’nda fizik öğrencisi ve çalışmanın baş yazarıdır.

Ebadi’ye göre, sistemin en önemli özellikleri, büyüklüğü ve programlanabilirliğidir, bu da onu etrafındaki en iyi sistemlerden biri haline getirir. Maddelerin cực küçük ölçeklerdeki özelliklerini kullanabilir, böylece işleme gücünü geliştirebilir. Qubit’lerin artması, klasik bilgisayarların dayandığı klasik bit’lere göre çok daha fazla bilgi depolama ve işleme kapasitesi sağlar.

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

Simülatör, araştırmacıların egzotik kuantum durumlarını gözlemlemesine ve kuantum faz geçişi çalışması yapmasına olanak tanıdı, bu da son derece kesin ve manyetizmanın kuantum düzeyde nasıl çalıştığını gösterdi.

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

Yeni Sistem

Proje, 2017 yılında araştırmacılar tarafından geliştirilen bir platforma dayanmaktadır, ancak bu sefer önemli ölçüde yükseltildi. Geçmişte 51 qubit büyüklüğüne ulaşabiliyordu ve araştırmacıların ultra-soğuk rubidyum atomlarını yakalamasına ve tek boyutlu bir dizi bireysel olarak odaklanmış lazer ışınları kullanarak belirli bir sırayla düzenlenmesine olanak tanıyordu.

Bu sistem, atomların iki boyutlu optik pence oluşumlarında bir araya getirilmesini sağlar, bu da lazer ışınlarına verilen addır. Bu, ulaşılabilir sistem boyutunu 51 qubit’ten 256 qubit’e çıkarır. Araştırmacılar daha sonra pence kullanarak atomları hata-free desenlerde düzenleyebilir ve programlanabilir şekiller oluşturabilir, bu da qubit’ler arasındaki farklı etkileşimleri sağlar.

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

Atomlar ilk olarak optik pence’ye rastgele yüklenmeden önce, araştırmacılar atomları hareket ettirir ve hedef geometrilerine göre düzenler. İkinci bir hareketli optik pence seti, atomları istenen konumlara sürüklemek için kullanılır, bu da ilk rastgeleliği ortadan kaldırır. Lazerler, araştırmacıların atomik qubit’lerin konumunu ve koherent kuantum manipülasyonunu tam olarak kontrol etmesine olanak tanır.

Tout Wang, Harvard’da fizik alanında araştırma görevlisi ve makalenin yazarlarından biridir.

“Çalışmamız, daha büyük ve daha iyi kuantum bilgisayarlar inşa etme konusunda gerçekten yoğun ve yüksek görünürlüğe sahip bir küresel yarışmanın bir parçasıdır,” dedi Wang. “Genel çaba [kendi çalışmamızın ötesinde], en iyi akademik araştırma kurumlarını içerir ve Google (GOOGL ), IBM, Amazon (AMZN ) ve birçok diğerinin önemli özel sektör yatırımlarını içerir.”

Ekibin şimdi, lazer kontrolünü qubit’ler üzerinde geliştirerek ve sistemi daha programlanabilir hale getirerek sistemi iyileştirmeye çalıştığından, araştırmacılara göre olası uygulamalar arasında egzotik kuantum maddenin incelenmesi ve qubit’lerde doğal olarak kodlanabilen gerçek dünya sorunlarının çözümü yer alıyor.

“Bu çalışma, yeni bilimsel yönlerin çok geniş bir yelpazesi için olanak tanır,” dedi Ebadi. “Bu sistemlerle yapılabileceklerin sınırlarına masih belum ulaşmadık.”