Geleceğin ultra-hızlı bilgisayarları işlemci gücü ve ikincil bellek sağlayan eski küçük mekaniksel rezonatörlere eşit elektriksel olarak bağlı süperiletken malzemenin çok küçük parçalardan oluşabilir. Uluslararası bir grup fizikçi ile bu, yeni bir çalışma ile gerçeğe dönüştürüldü. Kuantum bilgi iki çeşit bileşen arasından geçebilir ancak bu hassas bilgi çevresel girişme karşı korunmalıdır.
Kuantum bilgisayarları çok küçük nesnelerin aynı zamanda bir durumdan daha fazla durumda var olabildiğine dair mantığa aykırı bir fikirden istifade ederler. 0 veya 1 işlem bitlerini kullanan aygıtlardan ziyade çok büyük sayıda işlemleri çok daha hızlı oluşturan ve paralel olarak yapılmasını sağlayan 0 ve 1′e benzer olarak kubitlerin manipüle edildiği aygıtlar klasik bilgisayarlardan daha hızlıdır.
Fizikçiler kuantum bilgisayarın belirli sayıda farklı türleri üzerine çalışmaktadır ama hepsi bazı dezavantajlara sahiptir. Bazısı birbirinden ayrı parçacıkların atomlar, moleküller veya fotonların spininden yararlanır. Böyle aygıtlardaki kuantum durumları dışarıdan gelen girişime/müdahalelere karşı oldukça dayanıklı olabilir. Dışarıdan gelen girişimler çalışabilir bir kuantum bilgisayarın yapılmasında en büyük zorluklarından biridir. Fakat bu tür aygıtlar çok sayıda kubitle yapılan bilgisayarlarla uygun olmayan hantal aparatlar gerektirir. Uygun ölçeklendirme süperiletkenlerin kuantum mekaniksel özelliklerinden yararlanan aygıtlar gibi katı-hal tasarımları için bir sorun olmamalı.Yine de böyle aygıtlar elektromanyetik girişime son derece hassastır.
“Hibrid kuantum sistemleri” farklı yaklaşımların en iyi yönlerinin bir araya getirilmesiye böyle sorunların üstesinden gelinmesine yönelik bir girişimdir. Son yapılan araştırmada, Mika Sillanpaa ve Finlandiya’nın Aalto Üniversitesi’nden çalışma arkadaşları bir mekaniksel diğeri elektriksel olmak üzere iki tür rezonatör ile bir süperiletken kubiti birleştirdiler. Onlar fononlar olarak bilinen mekaniksel rezonatörden gelen titreşimsel kuanta yapay bir atom gibi davranan süperiletken kubitten geldiğini ve gönderilebilir olduğunu gösterdiler, ve sonra elektriksel rezonatör kullanarak elektromanyetik kuantanın (fotonlar) oluşumunda algılanabildiğini de gösterdiler.
Her üç bileşen 1 mm2‘nin üzerinde küçük bir ölçüm tek bir safir alttaş üstüne serili aluminyumdan yapılmıştır. Mekaniksel rezonatörün hareket eden parçası süperiletken devrenin bir ucunun yaklaşık 50 nm yukarısında askılı 4 µm’ye 5 µm ölçülen bir aluminyum parçasından oluştuğu düşünülür, rezonatörün esas bileşenleri bir ince yalıtkan tarafından ayrılan süperiletken çiftleri olan iki Josephen eklemi iken. Bu devre, sırayla, mikrodalgaları besleyen bir dalgakılavuzu olan elektriksel rezonatörün bir ucuna bağlıdır.
Aygıtı test etmede araştırmacıların ilk adımı süperiletken devreyi bir manyetik alana maruz bırakmak oldu, yani manyetik alana maruz bırakmakla eğer onlar iki enerji seviyesine sahip bir atom oluştururlarsa, devre içinde iki “yük durumu” böylece oluşturulmuş olunuyor. Sonra araştırmacılar oluşturulan atomun enerji seviye farkına eşit bir frekansla devreye bir alternatif akım beslediler. Bu durum, böyle iki durum arasında “Rabi salınımı” için atomu uyarır. Planlandığı gibi kubit çalışır, araştırmacılar daha sonra kubiti mekaniksel rezonatöre birleştirirler. Bu kubiti besleyen alternatif akımın frekansının düşürülmesiyle tamamlandı. Bu frekans düşürülmesi titreşim kolunun enerji kuantumuna tam olarak eşit olan Rabi salınımları için gerekli olan enerji kuantumundaki eksik noktaya dek sürer.
İşbirliği üyesi Pertti Hakonen’e göre bu son araştırma farklı titreşimsel genliklerin süperpozisyonları olarak depolanan kuantum bilginin geleneksel bilgisayarların salt-okunur hafızasına benzer olarak bir kuantum hafızanın temelini de oluşturabilir. Bu tür bir belleğin gerçekleştirilmesi için pek çok engelin üstesinden gelinmesi gerekli, örneğin termal gürültü seviyesi üstündeki enerji aralıkların yükselmesi mertebesinde mekaniksel rezonatörün frekansının artması gibi. Bu, kubit ile birleştirilmeyi düşüren daha kısa rezonatörler yapmayı gerektirmekte, böylelikle deneyini de gerçekleştirmek çok daha zorlaşmaktadır.
Yine de İngiltere’den Oxford Üniversitesi’nden Andrew Briggs uzun ömürlü kuantum bellek yolunda bu son çalışmanın önemli bir adım olduğuna inanıyor. Öyle ki şunları söylemekte: “Bu, kuantum rejimi içine taşınmak için birleştirmenin yeterli bir dayanıklığının elde edilebilir olduğunu göstermektedir. Ayrıca, giderek makroskopik yapıları kuantum olgusunu göstermeye doğru olan bir sürecin ilerleme teşkil ettiğini de ortaya koymaktadır.”
Bu araştırma Nature dergisinde yayınlandı.
Gökhan Atmaca, MSc. twitter.com/kuarkatmaca | facebook.com/anadoluca
Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu
Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynak: http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/feb/15/quantum-computers-turn-mechanical
