Yeni bir yöntem, silikon çipte birbirine uzak atom çekirdeklerini birbirleriyle "konuşturmak" için elektronları bir "telefon" gibi kullanıyor.
Yeni Güney Galler Üniversitesi'ndeki (UNSW) bilim insanları, silikon çiplerin içinde atom çekirdeklerini birbirleriyle "konuşturarak" kuantum dolanık durumları başarıyla yarattılar. Bu, büyük ölçekli kuantum bilgisayarların inşasına doğru atılmış kritik bir adımdır, çünkü dolanıklık, kuantum bilgisayarların geleneksel bilgisayarlara göre avantaj sağlayan anahtar kaynağıdır.
UNSW ekibi, kuantum bilgisayarın temelini oluşturan en küçük atomik bileşenlerden ikisi olan atom çekirdeklerini, birbirlerine 20 nanometre mesafede iken dolanık hale getirdi. Bu mesafe, modern silikon bilgisayar çiplerinin üretildiği ölçekle aynıdır. Bu, yeni yöntemin mevcut yarı iletken üretim süreçleriyle uyumlu olduğu ve silikon tabanlı kuantum bilgisayarların inşası için sağlam ve ölçeklenebilir bir yol sunduğu anlamına geliyor.
Science Advances dergisinde yayınlanan bu araştırma makalesi, kuantum hesaplama için yeni bir paradigma sunuyor: Atom çekirdeklerinin birbirleriyle "konuşmasını" sağlamak için elektronları kullanmak.
UNSW ekibi, kuantum bilgiyi kodlamak için silikon bir çipin içindeki fosfor atomlarının nükleer spinini kullandı. Çekirdek spinleri, kuantum hesaplama için idealdir çünkü aşırı derecede kararlıdırlar ve çevresindeki elektromanyetik gürültüden izole edilmişlerdir. Bu izolasyon, onları hesaplama için son derece temiz hale getirir. Ancak, bu izolasyon aynı zamanda büyük ölçekli işleme için onları birbirine bağlamayı zorlaştırır.
Bu keşfe kadar, atom çekirdeklerini etkileşime sokmanın tek yolu, birden fazla çekirdeğin birbirine çok yakın olması ve aynı elektronu paylaşmasıydı. Ancak, bu çözüm büyük ölçekli bir kuantum işlemci için uygun değildir çünkü atomları doğru pozisyonlara yerleştirmek zordur ve her bir atoma erişmek için çok karmaşık bir yapı gerektirir.
Baş yazar Dr. Holly Stemp, "Silikon teknolojisinin bu karmaşıklığı çözebileceğini gösterdik" dedi. "Elektronları atom çekirdekleri arasında bir telefon gibi kullanarak, çekirdeklerin dolanıklık yoluyla konuşmasını sağladık."
"Elektronların bir çekirdekten diğerine bir tür mesajı ilettiğini düşünün," diye ekledi. "Elektronların uzayda 'yayılma' yeteneği vardır. Bu, iki elektronun bir mesafede birbirine dokunmasını sağlar ve her bir elektron bir çekirdeğe bağlıysa, çekirdekler onlar aracılığıyla iletişim kurabilir."
Baş araştırmacı Profesör Sven Rogge şunları söyledi: "Bu, kuantum bilgisayar teknolojisinde ileriye doğru atılmış büyük bir adımdır. Bir kuantum bilgisayar, bir çekirdekten gelen bilginin bir başkasına aktarıldığı, binlerce veya milyonlarca kübitin entegre edilmesini gerektirir. Bunu başarmak için, kuantum mantık kapılarını oluşturmak amacıyla komşu kübitleri bir araya getirmemiz gerekiyor. Bizim yöntemimiz, aynı silikon çipte atom çekirdekleri arasında dolanıklık oluşturarak bunu başarmak için bir yol sunuyor."
UNSW'deki Kuantum Hesaplama ve İletişim Teknolojisi Merkezi'nden Profesör Andrew Dzurak, 20 yıldan fazla bir süredir UNSW'de kuantum hesaplama çalışmalarına öncülük ediyor. O ve ekibi, atomik kübitleri silikon çiplerde kontrol etmek için silikon teknolojisini kullanan ilk kişilerdi.
