Kuantum Bilişim Gerçek Dünya Uygulamalarına Bir Adım Daha Yaklaşıyor

Kuantum bilişim pazarının 65 yılına kadar 2030 milyar dolara ulaşacağı öngörülse de, gerçek dünya uygulamasına girmesi önünde hala birçok engel var. Bununla birlikte, kuantum hesaplama, en karmaşık sorunlarımızın çoğunu çözme potansiyeline sahiptir. Dünyanın dört bir yanındaki üniversitelerdeki ve özel kurumlardaki araştırma ekipleri, bunu gerçeğe dönüştürmek için çok çalışıyor.

Bu ekiplerden biri, Virginia Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'nda elektrik ve bilgisayar mühendisliği yardımcı doçenti olan Xu Yi tarafından yönetiliyor. 

Ekibi, iletişim ve bilgi işlem gibi uygulamalarda ışığı algılamak ve şekillendirmek için kullanılan fotonik cihazların fiziği ve uygulamalarında bir niş oluşturmuştur. Ekip, kuantum hızına ulaşmak için gereken cihaz sayısını büyük ölçüde azaltan ölçeklenebilir bir kuantum hesaplama platformu geliştirdi ve bu, bir peni büyüklüğünde bir fotonik çip üzerinde yer almayı başardı.

Ekipte ayrıca UVA'da kuantum optiği ve kuantum bilgisi profesörü Olivier Pfister ve Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nde yardımcı doçent olan Hansuek Lee de vardı.

Araştırma yayınlandı Doğa İletişim.

Ayrıca fizik alanında doktora öğrencisi olan Zijiao Yang ve doktora öğrencisi Mandana Jahanbozorgi tarafından da desteklenmiştir. elektrik ve bilgisayar mühendisliği öğrencisi. İkisi, makalenin ortak ilk yazarları. 

Kuantum Hesaplama ve Bilgi İşleme

Kuantum hesaplama, bilgi işlemenin yeni bir yolunu açar ve masaüstü veya dizüstü bilgisayarınızın bilgileri uzun bit dizileri halinde işlemesine olanak tanır. Bir bit ya sıfır ya da bir değer tutar ve kuantum bilgisayarlar bilgiyi paralel olarak işler; bu da daha fazlasına geçmeden önce bir bilgi dizisinin işlenmesini beklemelerine gerek olmadığı anlamına gelir. Kubit, kuantum hesaplamanın temel yapı taşıdır ve aynı anda bir ve sıfır olabilen bir bilgi birimidir. Öte yandan kuantum modu, bir ile sıfır arasındaki değişkenlerin tüm spektrumunu kapsar.

Araştırmacılar artık kuantum hızlarına ulaşmak için gereken çok sayıda qumodu verimli bir şekilde üretmek için farklı yaklaşımlar üzerinde çalışıyorlar.

Yi tarafından geliştirilen yeni fotonik tabanlı yaklaşım, bir ışık alanı aynı zamanda tam spektrum olduğu için özellikle yararlıdır. Bu, spektrumdaki her ışık dalgasının bir kuantum birimi olma potansiyeline sahip olduğu anlamına gelir. Yi, ışık alanları birbirine dolanırsa ışığın kuantum durumuna ulaşacağını varsaydı.

Sistemi Oluşturma

Yi'nin ekibi, fotonları tek dalga boyundan çoklu dalga boylarına dönüştüren bir cihaz olan bir mikroskop oluşturmadan önce fotonları saran halka şeklinde, milimetre boyutunda bir yapı olan optik bir mikro rezonatörde bir kuantum kaynağı yarattı. Işık halkanın etrafında dolaşır ve optik güç oluşturur, bu da fotonların etkileşime girme şansını artırır. Bu da mikro petekteki ışık alanları arasında kuantum dolaşıklığı üretir. 

Yi'nin ekibi, bir çip üzerindeki tek bir mikrorezonatörden 40 qumode üretimini doğrulamak için çoğullamayı kullandı ve kuantum modlarının çoğullamasının entegre fotonik platformlarda çalışabileceğini gösterdiler. 

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

Yi'nin çoğullama tekniği sayesinde, kaçınılmaz hataların olduğu gerçek dünya koşullarında kuantum hesaplamayı kullanmaya yaklaşıyoruz. Bu hatalar, kuantum durumlarından ve kırılgan yapılarından kaynaklanmaktadır.

Hata sayısı, bunları telafi etmek için bir milyondan fazla kübit gerektirebilir ve cihaz sayısında orantılı bir artış vardır. Çoklama, bu cihaz sayısını iki veya üç büyüklük sırasına göre azaltır. 

Yi'nin fotonik tabanlı sisteminin iki avantajı daha var. Birincisi, fotonun kütlesi olmadığı için, fotonik entegre çiplere sahip kuantum bilgisayarlar oda sıcaklığında çalışabilir veya uyuyabilir. Lee ayrıca mikro rezonatörü standart litografi teknikleri kullanarak bir silikon çip üzerinde imal etti. Bu, rezonatör veya kuantum kaynağının seri üretilebileceği anlamına gelir. 

Yi, “Kuantum hesaplamada mühendisliğin sınırlarını zorlamaktan ve toplu optikten entegre fotoniğe geçişi hızlandırmaktan gurur duyuyoruz” dedi. "Cihazları ve devreleri fotonik tabanlı bir kuantum hesaplama platformuna entegre etmenin ve performansını optimize etmenin yollarını keşfetmeye devam edeceğiz."