Kuantum hesaplamaya giden yol kübitlerle döşenmiştir

Kuantum hesaplamaya giden yol kübitlerle döşenmiştir
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın

[ad_1]
AG Burkard | Çevreleyen yarı iletken yapıdaki (gri) dönüşleri (mavi) ile dört elektrondan (kırmızı) oluşan yeni spin kübitlerinin şematik görüntüsü

Kuantum bilgisayar yarışı, büyük olasılıkla kuantum bilgisayarın en küçük bilgi birimi olan kuantum bitinde (kübit) kararlaştırılacaktır. Birkaç kübitin bir bilgi işlem sistemine bağlanması şu anda kuantum bilgisayarların geliştirilmesindeki en büyük zorluklardan biridir. Temel bir soru, hangi fiziksel sistemin ve hangi malzemenin kübitlere en uygun olduğudur. Süperiletkenlere dayalı kübitlerin gelişimi en ileri düzeyde ilerlemiştir – ancak silikon yarı iletken teknolojisinin çip üretiminde belirleyici avantajlarla gelecek vaat eden bir alternatif olabileceğine dair artan işaretler vardır.

Klasik bit, mevcut bilgisayarlarımızın en küçük veri depolama birimidir. Tam olarak iki değer alabilir: Bir ve sıfır – veya başka bir deyişle: Bir akım ya akar (“bir”) veya akmaz (“sıfır”). Öte yandan, kuantum biti bu iki durumla sınırlı değildir: “Süperpozisyon” olarak bilinen, aynı anda bir ve sıfır ara durumunu varsayabilir. Bu ara durum, yalnızca ölçüm anında sabit bir değere getirilir. Diğer bir deyişle: Normal bitler herhangi bir zamanda tanımlanmış bir değere sahipken, kübitler yalnızca ilgili ölçüm anında tanımlanmış bir değer alır. Bu özellik, kuantum bilgisayarların bazı problemler için kullanabileceği muazzam bilgi işlem gücünün temelidir.

Bu, bu tür kuantum bilgisinin depolanmasını çok daha karmaşık hale getirir – basit bir “akım açık / akım kapalı” yeterli değildir. Bunun yerine, uzay ve zamandaki en hızlı ve en küçük süreçler temel oluşturur: Elektronların veya fotonların kuantum durumları bir kübit uygulamak için kullanılabilir. Silikon kuantum bitleri durumunda, bilgi depolama için tek bir elektronun içsel açısal momentumu (elektron spini) kullanılır. Burada, kuantum durumuyla birlikte elektronun dönme yönü kuantum bilgisini kodlar. Atom seviyesindeki en ince bozukluklar bile bir elektronun açısal momentumunu etkileyebileceğinden ve kuantum bilgisini yok edebileceğinden, anlaşılabilir bir şekilde bu oldukça kırılgandır.

Bugünün zorluğu: Kuantum bitlerini birleştirmek

Daha da zor bir görev, kuantum bitlerini birbirine bağlamaktır çünkü tek bir kuantum biti, bir aritmetik işlemi gerçekleştirmek için yeterli değildir. Tıpkı standart bilgisayarlar gibi, kuantum bilgisayarlar da bir bilgi işlem sistemi oluşturmak için birden çok (kuantum) bitin birbirine bağlanmasını gerektirir: Sonuç olarak, bireysel kübitlerin birbirleriyle etkileşime girebilmesi gerekir. Bağlanacak kübitlerin çip üzerinde birbirinden çok uzak olması durumunda, bir kübit, bir hesaplama işlemini mümkün kılmak için önce bir tür “kuantum veriyolu” ile diğerinin yakınına getirilmelidir.

Kuantum hesaplamaya giden yol
Kuantum kapısı iki silikon elektrondan oluşuyordu. Her iki elektronun açısal momentumu iki nano elektrot (VL ve VR) tarafından kontrol edilir. Üçüncü bir nano elektrot (VM), her iki elektronun etkileşimini koordine eder. Kredi: Konstanz Üniversitesi

Spin temelli kübit durumunda, bu, bir elektronun açısal momentumunun, hassas bir şekilde ve minimum bozulma ile taşınması veya başka bir elektrona aktarılması gerektiği anlamına gelir – ve sadece bir kez değil, potansiyel olarak binlerce ve hatta milyonlarca kez. Bilim için bir meydan okuma – kübitlerin birbirine bağlanması şu anda muhtemelen kuantum bilgisayarların geliştirilmesindeki en büyük engeldir. Teorik yoğun madde fiziği profesörü Profesör Guido Burkard, “Tek bir kuantum biti kurmanız veya onlardan, yüzlerce veya binlerce kişiyi bir araya getirip getirmemeniz fark yaratıyor. ve Konstanz Üniversitesi’ndeki kuantum bilgileri.

Şu anda, en gelişmiş kuantum bilgisayar prototipleri, yaklaşık 20 ila 50 kübitlik eşleştirme gerçekleştiriyor. Guido Burkard, “Bu zaten büyük bir başarı. Ancak, gerçek bir uygulamaya gelmeden önce daha almamız gereken uzun bir yol var. Anlamlı aritmetik işlemleri gerçekleştirmek için binlerce veya milyonlarca kübite ihtiyaç var” diyor Guido Burkard.

Silikonun potansiyeli

Bugüne kadarki en gelişmiş kuantum bilgisayar sistemleri süper iletkenlere dayanmaktadır. Süperiletken tabanlı sistemler son derece güçlüdür, ancak sınırlamalarla uğraşmak zorundadırlar: Oda sıcaklığında değil, mutlak sıfırın biraz üzerindeki sıcaklıklarda (yaklaşık -273 ° C’de) çalışırlar. Ek olarak, süperiletkenler nispeten enerji yoğun ve teknik minyatürleştirme açısından nispeten büyüktür, böylece sadece az sayıda süperiletken tabanlı kübit bir çipe sığar.

Süperiletken kübitlerin daha da geliştirilmesinin yanı sıra, araştırmalar alternatif sistemlere de giriyor. Silikon, en umut verici malzemelerden biridir: “Silikon bazlı yarı iletken kübitlerin büyük umutlar sunduğuna inanıyoruz,” diye açıklıyor Guido Burkard. Silikon bazlı kuantum bitleri, yalnızca birkaç nanometre boyutunda olmaları nedeniyle süper iletken sistemlerden kesinlikle daha küçük olmaları avantajına sahiptir. Sonuç olarak, birçoğu potansiyel olarak milyonlarca bilgisayar çipine konulabilir. Guido Burkard, “Dahası, endüstri halihazırda silikon yarı iletken teknolojisinde onlarca yıllık deneyime sahiptir. Silikon bazlı kübitlerin geliştirilmesi ve üretimi bundan büyük ölçüde fayda sağlar – ki bu küçük bir avantaj değildir,” diye açıklıyor Guido Burkard.

Guido Burkard’ın araştırma ekibi, 2017’nin başlarında Princeton Üniversitesi ve Maryland Üniversitesi ile işbirliği içinde, silikon kübitler için kararlı bir “kuantum kapısı” yaratmayı başardı – yani, başlangıçta iki kübitli sistemler için her şeyi gerçekleştirebilen bir anahtarlama sistemi. kuantum bilgisayarın temel işlemleri. Fizikçilerin şu anda üzerine inşa ettikleri bir dönüm noktası: Burkard, “Şimdi bizim görevimiz, mümkün olduğunca çok sayıda silikon kübiti ölçeklendirmek ve minimum parazitle birbirine bağlamak,” diyor. Bu hedefe ulaşmak için, Avrupa, Almanya ve Baden-Württemberg seviyelerinde üç büyük araştırma ağı çerçevesinde kübit geliştirme alanında önde gelen araştırma ekipleriyle güçlerini birleştirdi.


Yarıiletken kübit ölçeği iki boyutta


[ad_2]

Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »