Kuantum-bit’ten gelen cihazlar için; kuantum bitlerinin, silikonda arttırılmış spin-orbit etkileşimi sayesinde manipüle edilmesi artık daha kolay.
Bir silikon kuantum bilgisayar çipi, günümüzün bilgisayarlar bitlerinden çok daha hızlı bilgi işlemek için milyonlarca kuantum biti veya kubiti tutma potansiyeline sahiptir. Bu da; yüksek hızlı veritabanı aramaları, daha iyi siber güvenlik ve malzemelerin ve kimyasal işlemlerin yüksek verimli simülasyonu demektir.
Purdue Üniversitesi, Delft Teknoloji Üniversitesi ve Wisconsin-Madison Üniversitesi‘nden araştırma grupları; silikonun, herhangi bir yapay maddeye ihtiyaç duymadan, elektrik alanlarını kullanarak, kubitlerin manipülasyonunu mümkün kılan eşsiz spin-orbit etkileşimlerine sahip olduğunu keşfettiler.
Purdue Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Yüksekokulu Araştırma Görevlisi Rajib Rahman: “Elektronların dönüşlerinde kodlanan kubitler; özellikle silikonda uzun ömürlüdür. Ancak elektrik alanları tarafından kontrol edilmesi zordur. Spin-yörünge etkileşimi; geleneksel olarak bu materyalde küçük olduğu düşünülen kubitlerin tasarımı için önemli bir topuzdur.
Bir elektronun spininin hareketi ile spin-yörünge etkileşiminin kuvveti; kubit‘in kalitesi için önemli bir faktördür. Araştırmacılar, kuantumların sözde kuantum noktaları (üç boyutta sınırlı elektronlar) şeklinde bulunduğu silikon yüzeyinde, normalden daha fazla spin-yörünge etkileşimi buldular. Rahman’ın laboratuvarı bu spin-yörünge etkileşiminin anizotropik* olduğunu, yani bir dış manyetik alanın açısına bağlı olduğunu ve yüzeyin atomik detaylarından güçlü bir şekilde etkilendiğini belirtti.
* Anizotropi, izotropiye karşı farklı yönlerde farklı özellikler gösteren, yönsel olarak bağımlı olma özelliğidir.
Çalışmanın Baş Yazarı, Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Purdue Yüksek Lisans Araştırma Görevlisi Rifat Ferdous: “Bu anizotropi, spin-yörünge etkileşiminin gücünü arttırmak veya en aza indirmek için kullanılabilir. Daha sonra spin-yörünge etkileşimi kubitleri etkiler.”
Rahman: “Güçlü bir spin-yörünge etkileşimi varsa, kubit’in ömrü kısalır; ama daha kolay manipüle edilebilir. Zayıf spin-yörünge etkileşimi ile tersi olur: Kubit’in ömrü daha uzundur, ancak manipülasyon daha zordur.”
Rahman’ın laboratuvarında yapılacak olan çalışmalar; kubitlerin tutarlılığını ve kontrolünü daha da geliştirmek ve dolayısıyla kuantum bilgisayar çiplerini ölçeklendirmek için spin-yörünge etkileşimlerinin anizotropik doğasından yararlanmaya odaklanacaktır