Yeni bir araştırmaya göre, tek bir atom üzerinde veri depolamak için dört farklı yol kullanırsanız, belirli bir alana çok daha fazla kuantum işlem gücü sığdırabilirsiniz. Bu yöntem, kontrol edilmesi daha kolay olan daha güçlü kuantum bilgisayarların kilidini açıyor.
Geleneksel bilgisayarlar bilgiyi 0 ya da 1 olarak işleyip depolayabilirken, kuantum bilgisayarlar aynı anda her ikisinin de süperpozisyonunu yapabiliyor. Kuantum bitleri (kübitler) eklendikçe bu onlara katlanarak daha fazla güç sağlar ve normal makineler için çok karmaşık olan sorunların üstesinden gelmelerine olanak tanır.
Sorun şu ki, bu kübitleri manipüle etmek, özellikle kuantum bilgisayarlar giderek daha fazla kübit kullanmaya başladıkça, zor olabilir. Ancak şimdi, Sydney New South Wales Üniversitesi'ndeki (UNSW) bilim insanları, her seferinde neye ihtiyaç duyulduğuna bağlı olarak, verilerin bir kubite – bu durumda tek bir atom – dört farklı şekilde nasıl yazılabileceğini gösterdiler.
Söz konusu atom, silikon atomlarından birinin yerini alacağı bir silikon çipin içine yerleştirilebilen antimon adlı bir elementten oluşuyor. Bu ağır atom bu iş için seçildi çünkü çekirdeği kuantum verilerini kodlamak için kullanılabilecek sekiz ayrı kuantum durumu içeriyor. Ayrıca, kendisi de iki kuantum durumuna sahip olan bir elektrona sahiptir, bu da antimon atomunda sunulan toplamı 16'ya çıkarır (orijinal sekizin her biri, elektronun iki tanesinin her biriyle sırayla eşleştirilir). Eğer 16 durumlu bir kuantum bilgisayar oluşturmak için başka malzemeler kullanacak olsaydınız, birbirine bağlanmış dört kubite ihtiyacınız olurdu.
Ancak çalışmanın asıl dönüm noktası, ekibin dört farklı yöntem kullanarak atom üzerindeki verileri nasıl manipüle edebildiğiydi. Elektron salınımlı bir manyetik alanla kontrol edilebildi. MRI makinelerinde kullanılana benzer bir manyetik rezonans yöntemiyle atom çekirdeğinin spini manipüle edilebildi. Çekirdeği kontrol etmek için bir elektrik alanı da kullanılabilir. Ve son olarak, "flip-flop qubits" adı verilen bir teknik, bir elektrik alanı yardımıyla çekirdek ve elektronun birbirlerine zıt olarak kontrol edilmesini sağladı.
Ekip, bu çalışmanın kuantum bilgisayarları "daha yoğun" hale getirmeye yardımcı olacağını ve daha küçük bir alana daha fazla kübit sıkıştıracağını söylüyor.
Çalışmanın başyazarı Profesör Andrea Morello, "Daha zor ve yavaş bir teknolojiye yatırım yapıyoruz ama bunun çok iyi nedenleri var; bunlardan biri de bu teknolojinin üstesinden gelebileceği aşırı bilgi yoğunluğu," diyor. "Bir milimetrekarede 25 milyon atom olması çok iyi ama bunları teker teker kontrol etmeniz gerekiyor. Bunu manyetik alanlarla, elektrik alanlarıyla ya da bunların herhangi bir kombinasyonuyla yapabilme esnekliğine sahip olmak, sistemi ölçeklendirirken bize oynayabileceğimiz pek çok seçenek sunacak."
Ekip bir sonraki aşamada bu atomları mantıksal kübitleri kodlamak için kullanmayı planlıyor; bu da sonunda daha pratik kuantum bilgisayarların önünü açabilir.