Harvard ses dalgası ile kübitleri koruyan yöntem geliştirdi

Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) araştırmacıları, kuantum bilgisayarlarda veri kaybına yol açan çevresel gürültüyü mekanik ses dalgalarıyla azaltan yeni bir yöntem geliştirdi. Elektrik Mühendisliği Profesörü Marko Lončar liderliğinde yürütülen ve Nature Physics dergisinde yayımlanan çalışmada, elmas kristali içindeki silikon-boşluk atomik safsızlığı kullanılarak elektron spini sabit bir kuantum belleği olarak yapılandırıldı. Dr. Eliza Cornell ve Dr. Zhujing Xu tarafından gerçekleştirilen deneylerde, fononların hem kuantum bilgisini taşımak hem de hassas kuantum durumlarını korumak için kullanılabileceği gösterildi.

MEKANİK KORUMA

Araştırmacılar, geleneksel sistemlerde zamanlanmış mikrodalga darbeleriyle gerçekleştirilen gürültü bastırma yönteminin yerine 'tamamen mekanik tutarlılık koruması' yaklaşımını kullandı. Elmas içindeki spin, fononlarla sürekli olarak uyarılarak 'giydirilmiş' bir kübit durumuna geçirildi.

Bu sürekli akustik alan, çevreden gelen termal ve elektromanyetik gürültünün kuantum durumunu bozmasını sınırlandırıyor. Böylece fononlar yalnızca bir taşıyıcı olarak değil, aynı zamanda kuantum bilgisini koruyan aktif bir unsur olarak görev yapıyor.

FONONİK MİMARİ

Fononların aynı frekanstaki ışık dalgalarına göre çok daha kısa dalga boylarına sahip olması, kuantum bileşenlerinin silikon veya elmas tabanlı çipler üzerinde daha küçük alanlara yerleştirilebilmesine imkan veriyor. Bu yapı, çip içindeki parazit ve çapraz etkileşimlerin azaltılmasına da yardımcı oluyor.

Sabit kuantum bellek düğümlerini birbirine bağlayan fononik boşluklar üzerinden çalışan sistem, katı hal spinleri ile elektromanyetik alanların aynı platform üzerinde birlikte kullanılmasına olanak tanıyor.

ÜÇ KAT SÜRE

Harvard ekibi, sürekli akustik alan korumasıyla silikon-boşluk spinlerinin koherans süresini yaklaşık üç kat artırdı. Aynı deneylerde 800 megahertz seviyesinde Rabi frekansına ulaşıldı. Bu sonuç, kübitlerin daha hızlı kontrol edilebilmesini ve kuantum bilgisinin daha uzun süre korunmasını aynı sistem içinde bir araya getiriyor.

Artan tutarlılık süresi ile yüksek kontrol hızının birlikte sağlanması, fonon aracılı kuantum mantık işlemlerinin daha kararlı biçimde yürütülmesine yönelik çalışmaları destekliyor.

ÇİP ÜSTÜ AĞLAR

Fononik mimarinin hem veri taşıma hem de kuantum durumlarını koruma işlevi görmesi, çip üstü kuantum ağlarının daha kompakt tasarlanmasına imkan verebilir. Mevcut kuantum sistemlerinde boyut, güç tüketimi ve karmaşıklık ölçeklenmenin önündeki temel sorunlar arasında yer alırken, kısa dalga boylu fononların kullanılması bu bileşenlerin daha sıkı biçimde entegre edilmesini sağlıyor.

Araştırmacılar, bu yaklaşımın ölçeklenebilir kuantum işlemciler ile yüksek sadakatli kuantum bağlantılarının geliştirilmesinde kullanılabileceğini değerlendiriyor.

YENİ UYGULAMALAR

Ses dalgalarına dayalı bu koruma yöntemi, kuantum hesaplamanın yanı sıra savunma, hassas algılama ve finansal modelleme gibi yüksek güvenilirlik gerektiren kuantum uygulamalarında da kullanılabilecek bir altyapı sunuyor. Fononların çip üzerinde hem bilgi taşıyıcısı hem de koruma mekanizması olarak çalışması, kuantum donanımında daha küçük ve bütünleşik sistemlerin geliştirilmesine yönelik yeni bir yaklaşım oluşturuyor.

Bu mimarinin ilerleyen aşamalarda daha büyük kuantum ağlarına uyarlanması, çip ölçeğindeki kuantum sistemlerinin ticarileşme sürecinde önemli bir teknik adım olarak değerlendiriliyor.