Genelden 200 kat daha hızlı: Şimdiye kadarki en hızlı kuantum operasyonu

2018 Yılında Avustralyalı Profesör Michelle Simmons liderliğindeki bir grup bilim insanı, atomdaki kuantumlar arasındaki ilk iki kubitlik geçide (kapıya) ulaştı; bu, ekibin atom ölçeğinde kuantum bilgisayar üretme arayışının önemli bir dönüm noktası oldu. Önemli araştırma parçası, bugün Nature dergisinde yayınlandı. İlgili: Kuantum Nedir? Kuantum hakkında bilinmeyenler

İki uçlu bir geçit; herhangi bir kuantum bilgisayarın merkezi yapı taşıdır ve UNSW ekibinin sürümü, silikonda gösterilebilecek en hızlı sürümdür, bir işlemi 0.8 nanosaniyede tamamlar.
Simmons’ ın grup yaklaşımında, iki uçlu bir geçit, iki elektron dönüşü arasındaki bir işlemdir. Klasik mantık, geçitlerin geleneksel elektroniklerde oynadığı rolle karşılaştırılabilir. İlk defa, takım, daha önce hiç olmadığı kadar birbirine yakın ve daha sonra (gerçek zamanlı olarak ) spin hallerini kontrol edip gözlemleyerek ve ölçerek iki atom bitini yerleştirip iki bitlik bir geçit( kapı) inşa edebildi.
Takımın, kuantum hesaplama konusundaki benzersiz yaklaşımı; yalnızca tek tek atom kesimlerinin silisyum içerisine yerleştirilmesini değil, aynı zamanda tüm ilişkili devrelerin, nano ölçekli kubitleri başlatması, kontrol etmesi ve okuması için gerekli kesin bir hassasiyet gerektiren bir kavramdır. Ancak bu büyük dönüm noktası ile ekip teknolojisini, ölçeklenebilir işlemcilere dönüştürmek üzere konumlandırmıştır.

İki kubitlik geçit oluşturuldu

Kuantum Hesaplama ve İletişim Teknolojileri (CQC2T) Mükemmeliyet Merkezi Direktörü ve Silicon Quantum Computing Pty Ltd.’nin kurucusu olan Profesör Simmons: “Son on yıldaki sonuçlar, takımımızı; mükemmel olduğunu düşündüğümüz şeyin, sınırlarını değiştirmeye başladı, insanca mümkün olduğunu gördük” .

“ Özgün üretim teknolojilerimizi kullanarak, silikondaki atom kesitlerindeki elektron dönüşlerini, silikonda, çok yüksek doğrulukla okuma ve başlatma özelliğini gösterdik. ”
“ Atom ölçekli devre sistemimizi, yarı iletken bir kubit bağlamak için tasarladık, var olan herhangi bir sistemden daha düşük elektrik gürültüsüne sahip olmasını sağladık. ”
“ Cihaz tasarımının her yönünü, atomik hassasiyetle optimize ederek artık ölçeklendirdik, silikon tabanlı bir kuantum bilgisayarının temel yapı taşı olan gerçekten hızlı, son derece hassas iki kubitlik geçit (kapı) oluşturduk. ”
“ Sistemimizin çalışması ile artık dünyayı atom ölçeğinde kontrol etmenin mümkün olduğunu ve yaklaşımımızın faydalarının dönüşümlü olduğunu gösterdik ” diyor.

kuantum bilgisayar – Çığır Açıcı Araştırma

UNSW Bilim Dekanı Profesör Emma Johnston AO; Profesör Simmons’ın bu önemli araştırmasının ne kadar çığır açıcı olduğunu şu sözlerle belirtti.

“Bu, Michelle’in ekibinin atom kubitlerini kullanarak kuantum bilgisayar yapabileceklerini gösteren son kilometre taşlarından biriydi. Bir sonraki en büyük hedefleri; 10 bitlit kuantum entegre bir devre oluşturmaları. Biz, buna 3-4 yıl içinde ulaşacaklarını umuyoruz. “

Kubitler ile ayağa kalkın ve yaklaşın; metrenin yalnızca bin milyonuncu hassasiyetinde mühendislik harikası

Ekibin ilk önce, fosfor atomlarını silikon içinde hassas bir şekilde yerleştirmek ve kapsüllemek için; bir tarama tüneli mikroskobu kullanarak, kritik işlemi mümkün kılmak için iki kubit arasındaki optimum mesafeyi hesaplaması gerekiyordu.
CQC2T’ den çalışma baş yazarı Sam Gorman, “Fabrikasyon tekniğimiz, geçitleri istediğimiz yere tam olarak yerleştirmemize izin veriyor. Bu, iki kubitlik geçidin olabildiğince hızlı olmasını sağladık ” ,

“Son atılımımızdan bu yana sadece geçitleri bir araya getirmedik, aynı zamanda cihaz tasarımının her yönünü, yüksek doğruluğu korumak için nanometre altı hassasiyetle kontrol etmeyi öğrendik” diyor.

Kubit etkileşimlerini gerçek zamanlı olarak gözlemleme ve kontrol etme

Daha sonra takım, kubitslerin gerçek zamanlı olarak nasıl geliştiğini ölçebildi. Ve en heyecan verici şekilde, araştırmacılar nano saniye zaman çizelgesinde, iki elektron arasındaki etkileşim kuvvetini nasıl kontrol edeceklerini gösterebildiler.
Yu He, “Önemli bir şekilde; kubit elektronlarını yakınlaştırarak veya daha da uzaklaştırarak, aralarındaki etkileşimi etkin bir şekilde açıp kapatabildik ” ,

“Kubit’ in elektronlarının sıkı tutulması; yaklaşımımıza özgünlük, sistemimize doğal olarak düşük gürültü , bugüne kadar silikondaki en hızlı iki kubit geçidini göstermemizi sağladı.”,
“SWAP kapısı olarak adlandırdığımız kuantum geçidi ayrıca, kubitler arasında kuantum bilgisini taşımak için de ideal. Sistem, tek bir kubit geçitle birleştirildiğinde, kuantum algoritmasını çalıştırmıya izin veriyor” diyor.

Fiziksel imkansızlık mı? Artık değil

Profesör Simmons, bunun yirmi yıllık iş değerinin doruk noktası olduğunu söylüyor.

“Bu çok büyük bir ilerleme; doğayı en küçük düzeyde kontrol edebilmek, böylece iki atom arasında etkileşimler yaratabilmek ve de her biriyle diğerini rahatsız etmeden tek tek konuşabilmek inanılmaz mümkün “diyor.

Kubit nedir?

Profesör Michelle Simmons’ ın yaklaşımında, kuantum bitleri (veya kubit), silikondaki fosfor atomları üzerinde barındırılan elektronlardan yapılır. Fosfor atomlarını bir silikon çipine tam olarak yerleştirip kapatarak kübik oluşturmak, Profesör Simmons’ ın ekibinin dünya çapında öncülük ettiği, benzersiz bir Avustralya yaklaşımıdır. Bu tür kalıpların, uzun ömürlü kararlılıkları sayesinde, büyük ölçekli kuantum bilgisayarlar için umut verici bir platform oluşturur.

Kuantum potansiyeli: Çalışan büyük ölçekli kuantum bilgisayar; bilgi ekonomisini dönüştürme ve geleceğin endüstrilerini yaratma, saatlerce veya dakikalar içinde geleneksel bilgisayarlarda ele alınamayacak sorunları çözme potansiyeline sahiptir. Süper bilgisayarların bile yararlı bir zaman diliminde çözemediği problemler bulunur. Potansiyel uygulamalar arasında; makine öğrenmesi, lojistik planlama, finansal analiz, borsa modellemesi, yazılım ve donanım doğrulama, hızlı ilaç tasarımı ve testi ve erken hastalık tespiti ve önlenmesi sayılabilir.
Bunlar da ilginizi çekebilir:
Bilim insanları kuantum dolaşıklığının ilk fotoğrafını çektiler
Kuantum Teorisi: Işınlanmanın garip doğası, tardigradlar ve dolanıklık
Kuantum Mekaniğini Kullanmanın 5 Pratik Yolu
Editör / Yazar: Neslihan ÇAKMAK
Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190717132757.htm