Üç kübitlik hesaplama platformu elektron dönüşlerinden oluşuyor – Fizik Dünyası

Güney Kore'deki araştırmacılar tarafından birden fazla spin tabanlı kuantum bitinin (qubit) eşzamanlı olarak çalışabilmesine olanak tanıyan bir kuantum hesaplama platformu oluşturuldu. Tarafından dizayn edilmiştir Yujeong Bae, Soo-hyon Phark, Andrew Heinrich ve Seul'deki Temel Bilimler Enstitüsü'ndeki meslektaşları tarafından yapılan bir araştırmada, sistem bir taramalı tünelleme mikroskobu (STM) kullanılarak atom atom bir araya getiriliyor.

Geleceğin kuantum bilgisayarlarının belirli görevlerde geleneksel bilgisayarlardan daha iyi performans göstermesi gerekirken, günümüzün yeni ortaya çıkan kuantum işlemcileri pratik hesaplamalar yapmak için hâlâ çok küçük ve gürültülü. Kuantum bilgisayarların varlığını sürdürebilmesi için bilgiyi yeterince uzun süre tutabilen uygulanabilir kübit platformları oluşturmak için çok daha fazlasının yapılması gerekiyor.

Qubit'ler, süper hesaplama devreleri ve tuzaklanmış iyonlar da dahil olmak üzere birçok farklı teknoloji kullanılarak zaten geliştirildi. Bazı fizikçiler bireysel elektronların dönüşlerini kullanarak kübitler yaratma konusunda da istekli ancak bu tür kübitler bazı benzerleri kadar gelişmiş değil. Ancak bu, spin tabanlı kübitlerin kullanım dışı olduğu anlamına gelmiyor.

Heinrich, "Bu noktada, kuantum hesaplamaya yönelik mevcut tüm platformların büyük dezavantajları var, bu nedenle yeni yaklaşımların araştırılması zorunludur" diye açıklıyor.

Hassas montaj

Geçerli bir spin tabanlı işlemci oluşturmak için kübitlerin aynı platformda hassas bir şekilde bir araya getirilmesi, güvenilir bir şekilde bir araya getirilmesi ve kuantum tutarlı bir şekilde çalıştırılması gerekir. Seul merkezli ekibe göre bu şimdiye kadar araştırmacıların gözünden kaçan bir şey.

Araştırmacılar çoklu kübit platformlarını, atomik ölçekte maddeyi görüntüleme ve işleme için güçlü bir araç olan STM'nin yardımıyla oluşturdular. Bir STM'nin iletken ucu bir numune yüzeyine çok yaklaştırıldığında, elektronlar uç ile numune yüzeyi arasında kuantum mekaniksel olarak tünel açabilirler.

Tünel açma olasılığı büyük ölçüde uç ile yüzey arasındaki mesafeye bağlı olduğundan, bir STM, bu tünelleme elektronlarının akımını ölçerek numunenin nano ölçekli topografyasını haritalandırabilir. Yüzeydeki bireysel atomlar, uç tarafından uygulanan nano ölçekli kuvvetler tarafından etrafa itilerek de manipüle edilebilir ve birleştirilebilir.

Heinrich'e göre ekip, bu yetenekleri kullanarak "atom ölçeğinde hassasiyete sahip ilk kübit platformunu sergiledi". "Birbirlerinden atomik olarak kesin mesafelere yerleştirilebilen yüzeylerdeki elektron dönüşlerine dayanıyor."

Sensör kübiti

Araştırmacılar, STM'yi kullanarak sistemlerini magnezyum oksit çift katmanlı filmin bozulmamış yüzeyine monte ettiler. Sistem, doğrudan STM ucunun altında bulunan, spin-1/2 titanyum atomu olan bir “sensör” kubiti içerir. Uç demir atomlarıyla kaplanmıştır, bu da yerel bir manyetik alan uygulamak için kullanılabileceği anlamına gelir (şekle bakın).

Ucun her iki tarafında da bir çift “uzak” kübit var; ayrıca 1/2 dönen titanyum atomları. Bunlar, atomlar arasında elektron tünellemesinin meydana gelebileceği bölgenin dışına, sensör kübitinden kesin mesafelere yerleştirilir.

Ekip, uzak kübitleri sensör kübitiyle aynı anda kontrol etmek için yakınlarına demir atomları yerleştirerek bir manyetik alan gradyanı oluşturdu. Demir atomları tek atomlu mıknatıslar gibi davranır çünkü dönüş gevşeme süreleri bireysel kübitlerin çalışma sürelerini çok aşar.

Bu şekilde demir atomlarının her biri, her uzak kubitin dönüşlerini hizalamak için statik, yerel bir manyetik alan sağlayarak STM ucunun yerine geçer. Kübitlerin dönüş durumları arasındaki geçişler, sisteme radyo frekansı darbeleri uygulamak için STM ucu kullanılarak yapılır; bu teknik, elektron spin rezonansı olarak adlandırılır.

Adreslendi ve manipüle edildi

Ekip, kübitleri 0.4 K'ye soğutarak, ardından harici bir manyetik alan uygulayarak onları aynı dönüş durumuna getirip bir araya getirerek başlattı. Daha sonra, sensör kübitinin durumu güvenilir bir şekilde her iki uzak kübitin durumuna bağlıydı, ancak yine de STM ucu tarafından ayrı ayrı adreslenip manipüle edilebiliyordu.

Genel sonuç, birden fazla kübitin aynı anda çalıştırılmasına izin veren tamamen yeni bir kübit platformuydu. Heinrich, "Çalışmamız iyi kuantum tutarlılığına sahip tek kübit, iki kübit ve üç kübit kapısına ulaştı" diyor.

Şöyle ekliyor: “Platformun artıları ve eksileri var. Artıları ise atomik olarak hassastır ve bu nedenle kolayca kopyalanabilir. Eksileri ise kuantum tutarlılığının iyi ancak daha da geliştirilmesi gerekiyor.”

Bu zorlukların üstesinden gelinebilirse Heinrich ve meslektaşları, sistemleri için parlak bir gelecek görüyorlar.

Heinrich, "Bu yaklaşımın nispeten kolay bir şekilde onlarca elektron kübitine ölçeklenebileceğine inanıyoruz" diyor. "Bu elektron dönüşleri aynı zamanda nükleer dönüşlere kontrollü bir şekilde bağlanabilir, bu da etkili kuantum hata düzeltmesine olanak sağlayabilir ve kuantum operasyonları için mevcut Hilbert uzayını artırabilir. Sadece yüzeyi çizdik!

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Bilim.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/three-qubit-computing-platform-is-made-from-electron-spins/