ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Chicago Üniversitesi’nden araştırmacılar, yeni bir rekora imza attı kuantum bitlerini (kübitleri) beş saniyeden fazla tutarlı bir kuantum durumunda tutmak. Dergide yayınlanan araştırma, Bilim Gelişmeleri Dergisi, kuantum bilgisayarlardan faydalı iş çıkarmada önemli yeni bir adım olarak selamlanıyor – kuantum hesaplamanın performansını çok aranan kuantum üstünlüğü anına doğru ölçeklendirmesi gereken bir adım.
Kuantum bilgi işlem sistemlerinin tutarlı durumlarda sürdürülmesi çok zordur. “Düzenli kaosun” kırılgan doğası, kübit bilgisinin ve kübit bağlantısının (dolanıklık) genellikle bir saniyeden çok daha düşük ölçeklerde bozulmasına neden olur. Yeni araştırma, kuantum hesaplama tutarlılığını insan tarafından algılanabilir zaman ölçeklerine getiriyor. Araştırmacılar, “tek atış okuma” olarak adlandırdıkları bir tekniği kullanarak, kübitlere tek elektron eklemek için hassas lazer darbeleri kullandılar.
“[The] yayılan ışık, elektronun yokluğunu veya varlığını yansıtır ve neredeyse 10.000 kat daha fazla sinyalle” dedi Chicago Üniversitesi yüksek lisans öğrencisi Elena Glen. “Kırılgan kuantum durumumuzu kararlı elektronik yüklere dönüştürerek, durumumuzu çok, çok daha kolay ölçebiliriz. Bu sinyal artışıyla, kübitin hangi durumda olduğunu her kontrol ettiğimizde güvenilir bir yanıt alabiliriz. Bu tür bir ölçüm, ‘tek atış okuma’ olarak adlandırılır ve onunla birçok faydalı kuantum teknolojisinin kilidini açabiliriz.”
Tek elektronların eklenmesi, PC’nizdeki sıfırlama düğmesine basmaya benzer, ancak kuantum durumları için. Önceden yüklenmiş tüm hataları ortadan kaldırır (kübitler herhangi bir dış müdahaleye karşı hassastır), tutarlı durumların kendilerini “devam etmesine” izin verir. Fikir, kuantum ve elektron alemleri arasında köprü kurmaktır ve malzeme seçimi çok önemlidir: araştırmacılar, her iki alanda da çalışabilen silikon karbürün doğal özelliklerinden yararlandı.
“Temelde, akıllı telefonunuzdaki gibi, klasik elektroniğin dili olan kuantum durumlarından elektron dünyasına dönüştürmek için bir tercüman yaptık.” Gazetenin ilk yazarlarından olan Chicago Üniversitesi’nden Chris Anderson dedi. “Tek elektronlara duyarlı, ancak aynı zamanda kuantum durumlarına da ev sahipliği yapan yeni nesil cihazlar yaratmak istiyoruz. Silisyum karbür her ikisini de yapabilir ve bu yüzden gerçekten parladığını düşünüyoruz.”
Kulağa pek hoş gelmese de, hesaplamada zaman farklı şekilde akar; Bir saniyenin kesirleri düzeninde kararlı kuantum durumlarından beş saniyeye kadar gitmek, mevcut kübitlerden çıkarılan faydalı hesaplama süresini artırır. Dahası, işlem gücünü saf kübit sayısının ötesinde artırmanın yeni yollarını açar – araştırmacılar, bu beş saniyelik dilimde yaklaşık 100 milyon kuantum işlemi gerçekleştirebileceklerini hesaplıyorlar. Yani belki de kuantum hesaplama, Bitcoin ve mevcut hükümet, ticari ve kişisel şifreleme şemaları için beklenenden çok daha erken bir tehdit olacak mı?
“Bu insan zaman ölçeklerinde kuantum bilgisinin korunması nadirdir,” Argonne Ulusal Laboratuvarı kıdemli bilim adamı David Awschalom dedi. “Ay’a ışık hızında bir sinyal göndermek ve geri göndermek için beş saniye yeterince uzun. Bir kübitten birine ışık yoluyla bilgi aktarmayı düşünüyorsanız bu güçlü. Dünya’yı neredeyse 40 kez turladı – dağıtılmış bir kuantum interneti yapmanın yolunu açtı.”
Bu teknoloji, ölçeklenebilir, ışık hızında dağıtılmış bir kuantum hesaplama ağı için fotonik tabanlı kuantum hesaplama ile eşleştirilebilir. Araştırmacılar, sonuçlarının kuantum tekrarlayıcıların geliştirilmesine izin vermesini bekliyorlar. Ayrıca, silisyum karbür kullanımıyla, tek yüklere duyarlı klasik elektrikli cihazlarda elektron spin tabanlı sistemleri entegre etmek için tipik CMOS (Tamamlayıcı-simetri Metal Oksit Yarı İletken) üretim teknolojileri için yerler olacağı umulmaktadır.
