Kuantum Bilgisayarları Gerçek Dünya Uygulamalarına Bir Adım Daha Yakın

Kuantum bilgisayarlar pazarının 2030 yılına kadar 65 milyar dolara ulaşması beklenmesine rağmen, gerçek dünya uygulamalarına girmesi için hala birçok engel vardır. Bununla birlikte, kuantum bilgisayarlar en karmaşık sorunlarımızın birçoğunu çözebilir. Dünyanın dört bir yanındaki üniversiteler ve özel kurumların araştırma ekipleri bunu gerçeğe dönüştürmek için çalışıyor.

Bu ekiplerden biri, Virginia Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilim Okulu’nda elektrik ve bilgisayar mühendisliği yardımcı profesörü olan Xu Yi tarafından yönetiliyor.

Ekibi, iletişim ve hesaplama gibi uygulamalar için ışık algılama ve şekillendirme kullanılan fotonik cihazların fiziksel ve uygulamalı yönlerinde uzmanlaşmıştır. Ekibi, kuantum hızını elde etmek için gereken cihaz sayısını büyük ölçüde azaltan bir ölçeklenebilir kuantum bilgisayarları platformu geliştirdi ve bu, bir penny büyüklüğünde bir fotonik çip üzerinde gerçekleştirildi.

Ekibe ayrıca UVA’da kuantum optiği ve kuantum bilgisi profesörü Olivier Pfister ve Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde yardımcı profesör olan Hansuek Lee de dahildi.

Araştırma Nature Communications dergisinde yayımlandı.

Araştırma ayrıca fizik alanında doktora öğrencisi Zijiao Yang ve elektrik ve bilgisayar mühendisliği doktora öğrencisi Mandana Jahanbozorgi tarafından desteklenmiştir. İkisi de makalenin ortak ilk yazarlarıdır.

Kuantum Bilgisayarları ve Bilgi İşleme

Kuantum bilgisayarlar, bilgi işleme için yeni bir yol açar ve masaüstü veya dizüstü bilgisayarınızın bit dizileri halinde bilgi işleme yapmasını sağlar. Bir bit, sıfır veya bir değerini tutar ve kuantum bilgisayarlar, bir bilgi dizisinin işlenmesini beklemek zorunda kalmadan paralel olarak bilgi işler. Kuantum bilgisayarların temel yapı taşı olan kubit, aynı anda hem sıfır hem de bir değerini tutabilen bilgi birimidir. Diğer yandan, kuantum modu, sıfır ve bir arasında tüm değişkenlerin spektrumunu kapsar.

Araştırmacılar, kuantum hızını elde etmek için gereken büyük miktarda kuantum modunu verimli bir şekilde üretmek için farklı yaklaşımlar üzerinde çalışıyor.

Yi’nin geliştirdiği yeni fotonik tabanlı yaklaşım özellikle faydalıdır, çünkü bir ışık alanı da tam spektrumdur. Bu, spektrumdaki her bir ışık dalgasının kuantum birimi haline gelme potansiyeline sahiptir. Yi, ışık alanlarının kuantum durumuna ulaşacağından varsayıyor.

Sistemin Oluşturulması

Yi’nin ekibi, bir optik mikro rezonatörde kuantum bir kaynağı oluşturdu, bu, fotonları sarıp mikroskobik bir cihaz oluşturan, milimetre büyüklüğünde bir halka şeklindeki yapıdır. Işık, halka etrafında dolaşır ve optik gücü artırır, bu da fotonların etkileşime girmesini sağlar. Bu, mikro kombde ışık alanları arasında kuantum bağlantısı oluşturur.

Yi’nin ekibi, tek bir mikro rezonatörden 40 kuantum modunun üretiminin multiplexleme yoluyla doğrulandığını gösterdi ve kuantum modlarının multiplexlemesinin entegre fotonik platformlarda çalışabileceğini kanıtladı.

“Sistemi optimize ettiğimizde, tek bir cihazdan binlerce kuantum modu üretebileceğimizi tahmin ediyoruz” dedi Yi.

Yi’nin multiplexleme tekniği sayesinde, gerçek dünya koşullarında, kaçınılmaz hataların olduğu durumlarda kuantum bilgisayarları kullanmaya daha yakınız. Bu hatalar, kuantum durumlarının ve kırılgan doğalarının bir sonucudur.

Hataların sayısı, hataları telafi etmek için bir milyondan fazla kubite ihtiyaç duyulabilir ve cihazların sayısı orantılı olarak artar. Multiplexleme, cihaz sayısını iki veya üç katMAN azaltır.

Yi’nin fotonik tabanlı sisteminin iki daha avantajı vardır. Birincisi, fotonun kütlesi olmadığından, fotonik entegre çiplerle çalışan kuantum bilgisayarlar oda sıcaklığında çalışabilir veya uyku moduna geçebilir. Lee ayrıca, mikro rezonatörü standart litografi teknikleri kullanarak bir silikon çip üzerine üretti. Bu, rezonatörün veya kuantum kaynağının toplu olarak üretilebileceği anlamına gelir.

“Kuantum bilgisayarların mühendislik alanındaki sınırları zorlayıp, toplu optikten entegre fotoniklere geçişi hızlandırmaktan gurur duyuyoruz” dedi Yi. “Fotonik tabanlı bir kuantum bilgisayarları platformunda cihazları ve devreleri entegre etme ve performansını optimize etme yollarını araştırmaya devam edeceğiz.”