Güney Kore’den bir araştırmacı ekibi, sekiz kübiti kontrol etmek için fotonları kullanan kuantum entegre devre geliştirmede önemli ilerleme kaydetti. ETRI’de (Elektronik ve Telekomünikasyon Araştırma Enstitüsü) oluşturulan bu sistem, fotonların etkileşiminden kaynaklanan çoklu cisim dolaşması gibi çeşitli kuantum olaylarının incelenmesine olanak sağlar.
ETRI, silikon fotonik kuantum devrelerinde geniş deneyime sahiptir ve daha önce 4 kübitlik bir silikon fotonik çipin en iyi performansıyla 2 kübit ve 4 kübit kuantum dolaşıklığını göstermişti. Bu başarılar KAIST ve İtalya’daki Trento Üniversitesi ile yapılan işbirliğinin sonucuydu ve Photonics Research ve APL Photonics bilimsel dergilerinde yayınlandı.
ETRI yakın zamanda 8 fotonlu kübitleri çalıştırmak üzere tasarlanmış bir çip kullanarak 6 kübitlik dolanıklığı göstermeyi başardı. Bu, silikon fotonik çipe dayanan kuantum durumlarında rekor bir başarıdır.
Fotonik kubitlere dayalı kuantum devreleri, evrensel bir kuantum bilgisayar oluşturmak için en umut verici teknolojilerden biri olarak kabul ediliyor. Çok sayıda fotonik kübit, küçük boyutlu bir silikon çipe entegre edilebilir ve bu çiplerin büyük bir kısmı, geniş bir kübit ağı oluşturmak için optik fiberler kullanılarak bağlanabilir. Fotonik kuantum bilgisayarlar ölçeklenebilirlik, oda sıcaklığında çalışma ve düşük güç tüketimi açısından avantajlar sunar.
Bir fotonik kübit, bir yol 0 ve diğeri 1 olarak atanan bir çift foton yayılma yolu kullanılarak kodlanabilir. 4 kübitlik bir devre 8 yayılma yolu gerektirir ve 8 kübit için 16 yol gerekir. Kuantum durumları, foton kaynaklarını, optik filtreleri ve doğrusal optik anahtarları içeren bir fotonik çip üzerinde manipüle edilebilir ve daha sonra son derece hassas tek fotonlu dedektörler kullanılarak ölçülebilir.
ETRI’nin 8 kübitlik çipi, 8 foton kaynağı ve foton yayılma yollarını kontrol eden yaklaşık 40 optik anahtar içerir. Bu 40 anahtarın yaklaşık yarısı doğrusal optik kuantum kapıları olarak kullanılıyor. Kurulum, tek fotonlu dedektörleri kullanarak son kuantum durumlarını ölçen bir kuantum bilgisayarının temelini oluşturuyor.
Araştırma ekibi, farklı yönlerden gelen iki farklı fotonun karışabileceği ve aynı yol boyunca birlikte seyahat edebileceği bir kuantum olgusu olan Hong-Ou-Mandel etkisini ölçtü. Ayrıca 4 kübitlik (5 mm x 5 mm) bir entegre devre üzerinde 4 kübitlik dolaşmış bir durum gösterdiler.
Son zamanlarda araştırmacılar, araştırmalarını 8 kübitlik bir entegre devre (10 mm x 5 mm) kullanarak 8 fotonlu deneylere genişletti. Bu yıl içinde 16 kübitlik çipler üretmeyi ve daha sonra kuantum hesaplamaya yönelik devam eden araştırmalarının bir parçası olarak bunları 32 kübite kadar ölçeklendirmeyi planlıyorlar.
ETRI Kuantum Araştırması Başkan Yardımcısı Yoon Chun-Joo şunları söyledi: “Kuantum bilişim bulut hizmeti için kuantum donanım teknolojimizi geliştirmeyi planlıyoruz. Ana hedefimiz kuantum hesaplama alanındaki araştırma yeteneklerini güçlendirmek için laboratuvar ölçeğinde bir sistem geliştirmektir.”
Projeyi yürüten ETRI’nin Kuantum Bilgisayar Araştırma Birimi’nden Lee Jong-moo şunları ekledi: “Kuantum bilgisayarların pratik uygulamasına ilişkin araştırmalar dünya çapında oldukça aktif. Bununla birlikte, pratik kuantum hesaplamayı gerçekleştirmek, özellikle de kuantum süreçlerindeki gürültünün neden olduğu hesaplama hatalarının üstesinden gelmek için hala kapsamlı uzun vadeli araştırmalara ihtiyaç var.”