FLİP-FLOP QUBİTS: RADİKAL YENİ KUANTUM HESAPLAMA
dolaşmış bir kuantum halindeki bir "flip flop" kubiti izlenimi. İllüstrasyon: Tony Melov
Avustralya'nın New South Wales Üniversitesi'ndeki mühendisler, kuantal yongaların büyük ölçekli üretimini mümkün olduğu kadar ucuza - ve daha kolay - yapmayı vaat eden yeni "flip-flop qubits'leri" temel alan, kuantum bilgisayarları için radikal bir yeni yapı icat ettiler. Tasarım, UNSW tabanlı ARC Merkezi Kuantum Hesaplama ve İletişim Teknolojileri Merkezi (CQC2T) Sidney'de Program Yöneticisi Andrea Morello başkanlığındaki bir ekiple gerçekleştirildi ve yeni tasarımın imalatının günümüz teknolojisine kolayca ulaşabileceğini söyledi.
CQC2T'de Araştırma Görevlisi Guilherme Tosi, Morello ve Fahd Mohiyaddin, Vivien Schmitt CQC2T'nin Stefanie Tenberg'le birlikte Rajib Rahman ve ABD'de Purdue Üniversitesi'nden Gerhard Klimeck'in öncü konseptini geliştirdi.
Morello; “Parlak bir tasarım ve pek çok benzer kavramsal atılım, daha önce hiç kimsenin düşünmemiş olması şaşırtıcı”dedi. “Guilherme ve ekibinin icat ettiği şey, atomun hem elektronunu hem de çekirdeğini kullanan bir "spin qbiti" ni tanımlamanın yeni bir yoludur. Esasen, bu yeni qbit, manyetik olanlar yerine elektrik sinyalleriyle kontrol edilebilir. Elektrik sinyallerinin elektronik bir çip içinde dağılımı ve lokalizasyonu son derece kolaydır.”
Tosi, tasarımın, ekiplerin daha geniş ve daha büyük dizileri oluşturmaya başlamasıyla birlikte spin bazlı silikon qubitlerinin birçoğunun karşı karşıya kalacağı bir meydan okumayı atlattığını söyledi. Tosi; “çok yakın veya çok uzaktaysa, kuantum bitleri arasındaki 'dolanma' (ki kuantum bilgisayarları bu kadar özel kılan şey) oluşmaz "dedi.
Morello; UNSW'deki ( University of New South Wales ) araştırmacılar, bu ölçeğe göre spin qubitleri yapmada dünyaya liderlik etmiş durumda” dedi. “Eğer binlerce veya milyonlarca kubiti birbirine çok yakın yapmak istiyorsak, tüm kontrol hatları, kontrol elektronikleri ve okuma cihazlarının aynı zamanda nanometrik ölçekte imal edilmesi gerektiği anlamına gelir. Bu yeni konsept, başka bir yol önermekte.”
Spektrumun diğer ucunda, örneğin IBM ve Google tarafından takip edilen süper iletken devreler ve iyon tuzakları bulunmakta. Bu sistemler oldukça büyük ve üretilmesi de daha kolaydır ve şu anda çalıştırılabilen qbit sayısının önünü açmaktadır. Bununla birlikte, daha geniş boyutları nedeniyle, en kullanışlı kuantum algoritmalarının gerektirdiği gibi, uzun vadede, milyonlarca qbit oluşturmaya çalışırken zorluklarla karşılaşabilirler.
Morello'nun ekibi tarafından kullanılan ve Tosi'nin yeni tasarımının uyguladığı tek atomlu qbitte bir silikon çip, üstünde yalıtkan bir silikon oksit tabakasıyla kaplanır ve bunun üstünde mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda çalışan metalik elektrotların bir deseni bulunur.
Morello'nun ekibi daha önce merkezlerinde bir fosfor atomu olan bir elektron ve atomun çekirdeğini kullanarak iki işlevsel qubit üretmişti. Tek tek alınan bu qubit’lerin kararlılıkları dünya rekoru kırmıştır. Tosi'nin kavramsal atılımı hem çekirdeği hem de elektronu kullanarak tamamen yeni bir qubit türü yaratmaktır. Tosi "Buna" flip-flop "qubiti diyoruz," dedi. "Bu qubitin çalışması için elektrodlar kullanarak elektronu çekirdekten biraz uzağa çekmek gerekiyor. Bunu yaparak aynı zamanda elektrik dipolü de elde etmiş oluyoruz.”
Morello, "Bu çok önemli bir nokta" dedi. "Bu elektrik dipolleri oldukça geniş mesafelerde, bir mikrondan iyi bir fraksiyonda veya 1.000 nanometre ile birbirleriyle etkileşime giriyor.” "Bu, artık tek atomlu qubitleri daha önce mümkün olduğu düşünülenden daha da uzakta tutabildiğimiz anlamına geliyor" diye devam etti. "Dolayısıyla, kuantum bitinin kesin atom-benzeri niteliğini korurken, ara bağlantıları, kontrol elektrotları ve okuma aygıtları gibi anahtar klasik bileşenleri eklemek için geniş bir alan var" dedi.
Morello, tosi’nin konseptini Bruce Kane’nin 1998 de nature dergisinde yayınladığı yazısında, yeni ufuklar açan bilgileri kadar değerlidir. Kane, UNSW'da kıdemli araştırma görevlisi olarak, silikon tabanlı bir kuantum bilgisayarı gerçeğe dönüştürebilecek yeni bir mimari üzerine çalışmak için bu işin başına getirildi. Avustralya'nın bir kuantum bilgisayar üretme yarışına katılmasını sağladı.
Morello; “Aynı Kane’nin yazısındaki gibi bu sadece teori. Qubit henüz yapılamadı” dedi. “Tamamıyla uygulanabilir olduğunu öne süren bazı ön deneysel verilere sahibiz, bu nedenle bunu tam olarak göstermek için çalışıyoruz. Ancak bence bu Kane'in orijinal yazısı kadar vizyoner.”
"Kantum bilgisini ticari realiteye getirmek büyük bir mühendislik becerisi gerektirecek ve bu olağanüstü ekibin Avustralya'yı sürücü koltuğuna geçirdiğini görüyoruz" dedi Mark Hoffman
Bir kuantum bilgisayar oluşturmak, '21. yüzyılın uzay yarışı' olarak adlandırılabilir zor ve iddialı bir mücadeledir, devrimsel araçlara ihtiyacımız var aksi halde hesaplamaları yapmak imkânsızdır. Kuantum bilgisayarı yapmak için geliştirilecek araçlar sağlık, savunma, finans, kimya ve malzeme geliştirme, yazılım hata ayıklama, havacılık ve ulaşım alanlarında büyük yarar sağlayacaktır.
UNSW ekibi, telekomünikasyon devi Telstra, Avustralya Commonwealth Bank ve Yeni Güney Galler hükümetleri arasında 2022 yılına kadar 10-kbit prototip silikon kuantum entegre devrenin geliştirilmesi için 83 milyon Avusturalya doları tutarında bir anlaşma imzaladı. Bu dünyanın ilk kuantum bilgisayarını yapmak için ilk adım olacak.
Ortaklar, Ağustos ayında, takımın benzersiz teknolojilerinin geliştirilmesi ve ticarileştirilmesi için Avustralya'nın ilk kuantum bilgisayar şirketi Silikon Quantum Computing Pty Ltd'yi kurdular.
Çeviri:Celal DEMİRTAŞ
Kaynak: University of New South Wales
Yayınlama tarihi: 13.09.2017