Eskisinden 10.00 Kat Daha Uzun Süre Çalışan Kuantum Sistemleri
Kullanabilirsek, kuantum teknolojisi harika yeni olanaklar vaat ediyor. Ama önce bilim insanlarının kuantum sistemlerini saniyenin birkaç milyonda birinden daha uzun süre bağlı kalmak için ikna etmeleri gerekiyor.
Chicago Üniversitesi’nin Pritzker Moleküler Mühendisliği Okulu’ndan bir bilim insanı ekibi, kuantum sistemlerinin eskisinden 10.000 kat daha uzun süre çalışır durumda veya “tutarlı” kalmasını sağlayan basit bir modifikasyon keşfini duyurdu. Bilim adamları, tekniklerini katı hal kübitleri adı verilen belirli bir kuantum sistemleri sınıfı üzerinde test etseler de, bunun birçok başka tür kuantum sistemine de uygulanabileceğini ve böylece kuantum iletişiminde, hesaplamasında ve algılamasında devrim yaratabileceğini düşünüyorlar.
Çalışma 13 Ağustos’ta Science dergisinde yayınlandı.
Atom düzeyinde, dünya kuantum mekaniğinin kurallarına göre işliyor, günlük yaşamımızda etrafımızda gördüklerimizden çok farklı. Bu farklı kurallar, neredeyse hacklenemez ağlar veya son derece güçlü bilgisayarlar gibi teknolojiye dönüşebilir; ABD Enerji Bakanlığı, 23 Temmuz’da UChicago’daki bir etkinlikte gelecekteki kuantum internet için bir plan yayınladı. Ancak temel mühendislik zorlukları devam ediyor: Kuantum durumları; titreşimlerden, sıcaklık değişikliklerinden veya başıboş elektromanyetik alanlardan gelen arka plan gürültüsünden kolayca rahatsız oldukları için çalışmak için son derece sessiz, istikrarlı bir alana ihtiyaç duyuyorlar.
Bu nedenle bilim insanları, sistemi olabildiğince uzun süre tutarlı tutmanın yollarını bulmaya çalışıyorlar. Yaygın bir yaklaşım, sistemi gürültülü ortamdan fiziksel olarak izole etmektir ancak bu hantal ve karmaşık olabilir. Diğer bir teknik, tüm malzemeleri olabildiğince saf hale getirmeyi içerir, bu da maliyetli olabilir. UChicago’daki bilim insanları farklı bir yaklaşım benimsedi.
“Bu yaklaşımla çevredeki gürültüyü ortadan kaldırmaya çalışmıyoruz; bunun yerine, sistemi gürültüyü deneyimlemediğini düşünmesi için kandırıyoruz.“ dedi,makalenin ilk yazarı doktora sonrası araştırmacı Kevin Miao.
Ekip, kuantum sistemlerini kontrol etmek için kullanılan olağan elektromanyetik darbelere paralel olarak, ek bir sürekli alternatif manyetik alan uyguladı. Bilim adamları, bu alanı hassas bir şekilde ayarlayarak, elektron dönüşlerini hızla döndürebilir ve geri kalan gürültünün “ayarlanmasında” sisteme izin verebilir.
Miao, “Prensibi anlamak için, etrafınızda bağıran insanların olduğu bir atlı karıncada oturmak gibi bir şey.” diye açıkladı Miao. “Yolculuk hareketsizken, onları mükemmel bir şekilde duyabilirsiniz ancak hızla dönüyorsanız, gürültü arka planda bulanıklaşıyor.”
Bu küçük değişiklik, sistemin 22 milisaniyeye kadar tutarlı kalmasına, modifikasyon yapılmadığından dört kat daha yüksek ve daha önce bildirilen herhangi bir elektron spin sisteminden çok daha uzun süre kalmasına izin verdi. (Karşılaştırma için, göz açıp kapayıncaya kadar yaklaşık 350 milisaniye sürer). Sistem, tümü genellikle kuantum tutarlılığını bozan bazı sıcaklık dalgalanmaları, fiziksel titreşimler ve elektromanyetik gürültü biçimlerini neredeyse tamamen ayarlayabiliyor.
Bilim insanları, basit düzeltmenin kuantum teknolojisinin neredeyse her alanında keşiflerin kilidini açabileceğini söyledi.
Awschalom, “Bu yaklaşım, ölçeklenebilirliğe giden bir yol oluşturuyor.” dedi. “Bu,elektron dönüşünde kuantum bilgisinin saklanmasını pratik hale getirmelidir. Uzatılmış depolama süreleri, kuantum bilgisayarlarda daha karmaşık işlemleri mümkün kılacak ve spin (Bir objenin kendi etrafında dönme miktarını ifade eden bir büyüklük.) tabanlı cihazlardan iletilen kuantum bilgisinin ağlarda daha uzun mesafeler kat etmesine izin verecek. ”
Testleri silikon karbür kullanılarak katı hal kuantum sisteminde gerçekleştirilmiş olsa da, bilim insanları tekniğin süper iletken kuantum bitleri ve moleküler kuantum sistemleri gibi diğer kuantum sistemlerinde benzer etkilere sahip olması gerektiğine inanıyorlar. Bu düzeydeki çok yönlülük, böyle bir mühendislik buluşu için alışılmadık bir durumdur.
Miao, “Uzun süre kuantum tutarlılığını koruyamadıkları için bir kenara itilen kuantum teknolojisi için birçok aday var.” dedi. “Tutarlılığı büyük ölçüde iyileştirmek için bu yola sahip olduğumuza göre bunlar artık yeniden değerlendirilebilir.
Çeviri:Simge KARA
Kaynak:More information: K. C. Miao et al, “Universal coherence protection in a solid-state qubit,” Science, Aug. 13, 2020. DOI: 10.1126/science.abc5186