Kuantum hesaplama dünyası, çok sayıda kuantum bitini (kübit) kararlı bir şekilde birbirine bağlama sorunuyla mücadele ederken, çözüm beklenmedik bir yerden geldi: Malzemelerin kusurları. Ohio Eyalet Üniversitesi ve Chicago Üniversitesi’nden bilim insanları, kristallerin içinden geçen ve ‘dislokasyon’ olarak adlandırılan çizgi kusurlarının, kübitleri organize etmek ve korumak için mükemmel bir altyapı sunduğunu ortaya koydu.
Teorik araştırmalar, bu kusurların ortadan kaldırılması gereken birer sorun değil, aksine kuantum cihazlarının omurgasını oluşturabilecek ‘kuantum otoyolları’ olduğunu gösteriyor.
ELMASIN İÇİNDEKİ DOĞAL İSKELET
Araştırma ekibi, çalışmalarında özellikle elmaslardaki nitrojen-boşluk (NV) merkezlerine odaklandı. Işıkla kontrol edilebilen bu atom ölçekli yapılar, geleceğin en umut verici kuantum platformları arasında gösteriliyor.
Yapılan simülasyonlar, NV merkezlerinin kristal kafesindeki dislokasyonlara (çizgi hatalarına) doğal olarak çekildiğini kanıtladı. Çalışmanın ortak yazarlarından Cunzhi Zhang, "Dislokasyonlar, kristal boyunca uzanan yarı-tek boyutlu yapılar oluşturur. Bu da onları, kübitleri düzenli diziler halinde yerleştirmek için doğal bir iskelet haline getiriyor" değerlendirmesinde bulundu.
SAF ELMASTAN DAHA YÜKSEK PERFORMANS
Çalışmanın en çarpıcı bulgusu, kusurlu bölgelerdeki kübitlerin performansına yönelik oldu. Simülasyonlara göre, dislokasyon hatlarına yerleşen kübitler, kuantum özelliklerini korumakla kalmıyor; bazı konfigürasyonlarda kusursuz bir elmastakinden çok daha iyi performans gösteriyor.
Prof. Maryam Ghazisaeidi, bu durumu şöyle açıkladı: "Dislokasyonlara yakın belirli konfigürasyonların, saf elmastaki merkezlere kıyasla önemli ölçüde artırılmış kuantum uyumluluk süreleri sergilediğini öngördük."
Bu performans artışının, yapısal kusurların yarattığı simetri kırılmasından kaynaklandığı ve bunun kübiti manyetik gürültüden koruyan ‘saat geçişleri’ (clock transitions) yarattığı belirtiliyor.
SİMÜLASYONLAR GPU GÜCÜYLE YAPILDI
Hava Kuvvetleri ve Enerji Bakanlığı tarafından desteklenen proje kapsamında, Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndaki MICCoM merkezi tarafından geliştirilen GPU hızlandırmalı simülasyon araçları kullanıldı. Bu sayede, atomik seviyedeki karmaşık kuantum davranışları eşi benzeri görülmemiş bir detayla modellendi.
ÖLÇEKLENEBİLİR CİHAZLAR İÇİN YENİ YOL
Araştırma, kuantum cihaz tasarımı için yeni bir mühendislik yaklaşımı sunuyor. Dislokasyonları bir hata olarak görmek yerine, onları etkileşimli kübit zincirlerini barındıran bir altyapı olarak kullanmak, gelecekteki katı hal kuantum teknolojilerinin ticarileşmesini hızlandırabilir.
Elde edilen veriler, hangi kusur düzenlemelerinin kuantum işlemleri için uygun olduğunu belirleyen optik ve manyetik imzaları da içeriyor; bu da deneysel çalışmalar için net bir yol haritası sağlıyor.
