Günümüz toplumunun temeli, 0 ve 1’lerden oluşan bitlere dayanıyor. Dijital elektroniğin en küçük bilgi birimi olan bitler, elektronik devrelerde voltaj seviyeleriyle temsil ediliyor ve modern cihazların işleyişinde kritik rol oynuyor.
Ancak kuantum fiziğindeki gelişmeler, klasik bitlerin ötesine geçerek kübit adı verilen yeni bir bilgi birimini ortaya çıkardı. Klasik bitler yalnızca 0 ya da 1 değerine sahipken, kübitler süperpozisyon sayesinde aynı anda her iki durumda da bulunabiliyor. Bu özellik, bilgi işleme ve depolamada tamamen yeni kapılar açıyor.
KUANTUM BELLEKLERİN ÖNEMİ
Geleceğin kuantum bilgisayarları ve kuantum interneti, tıpkı klasik sistemlerdeki RAM gibi, rastgele erişimli kuantum bellekler (QRAM) gerektiriyor. Farklı platformlar üzerinde çalışmalar yürütülse de, kübitlerin güvenilir şekilde depolanıp geri çağrılabildiği tek bir “altın standart” henüz bulunmuş değil.
Bu noktada, Barselona’daki ICFO (Institute of Photonic Sciences) araştırmacıları önemli bir dönüm noktasına ulaştı. Dr. Markus Teller, Susana Plascencia, Cristina Sastre Jachimska, Dr. Samuele Grandi ve ICREA Prof. Hugues de Riedmatten liderliğindeki ekip, katı hal kuantum hafızaları üzerinde çığır açan sonuçlar elde etti.
DÜNYA REKORU KIRAN YAPI
Araştırmacılar, yakın zamanda yayımladıkları Physical Review X makalesinde, kübitleri bellek hücrelerinin keyfi kombinasyonlarında depolamak ve gerektiğinde geri çağırmak için 10 adet ayrı ayrı kontrol edilebilen kuantum bellekten oluşan bir dizi tanıttı. Bu çalışma, daha önce npj Quantum Information dergisinde duyurulan deneylerin geliştirilmiş bir versiyonu.
Ekip, 3 Kelvin’e kadar soğutulmuş praseodimyum katkılı bir kristal kullanarak her biri 250 depolama yuvasına sahip bir yapı kurdu. Bu, isteğe bağlı veri alma özelliğine sahip katı hal cihazları için mevcut dünya rekoru niteliğinde.
Prof. de Riedmatten, “Bu başarı, kuantum ağlarını senkronize etmek için olmazsa olmaz bir adım. İsteğe bağlı veri alma özelliği olmadan kuantum iletişim sistemleri gerçekçi şekilde çalışamaz” diye vurguladı.
ZAMAN BÖLMELİ KODLAMA
Ekip, kübitleri kodlamak için iki yönteme odaklandı: yol kodlaması ve zaman bölmesi kodlaması. Özellikle zaman bölmesi yöntemi, fotonların aynı bellek hücresinde birden fazla zaman aralığında depolanmasına olanak tanıdı.
Deneylerde, akustik-optik saptırıcılar kullanılarak lazer darbeleri yönlendirildi ve kübitler keyfi kombinasyonlarda yazılıp okundu. Daha sonra yapılan analizler, bellek dizisinin kübitlerin orijinal kuantum durumlarını yüksek doğrulukla koruduğunu ortaya koydu.
ICFO araştırmacısı Dr. Markus Teller, “Bu platformu ışık tabanlı kuantum hesaplama için fotonik küme durumlarıyla birleştirmeyi hedefliyoruz. Böylece büyük ölçekli dolanık kuantum durumları oluşturulabilecek” dedi.
KUANTUM İNTERNETE ADIM
Çalışma yalnızca hesaplama değil, aynı zamanda kuantum iletişim için de büyük önem taşıyor. Sistem, gelecekte kuantum internetin omurgasını oluşturacak kuantum tekrarlayıcıların geliştirilmesine katkı sağlayabilir.
Ekip üyesi Susana Plascencia, “Daha önceki deneylerde yalnızca birkaç deneme yapılabiliyor ve başarı sinyali bekleniyordu. Bizim dizimiz sayesinde artık farklı bellek hücrelerine geçerek denemeleri sürdürebiliyoruz. Bu, kuantum bilginin uzun mesafelere aktarılma hızını ciddi ölçüde artırıyor” diye açıkladı.
GELECEK PLANLARI
Araştırmacılar, sistemin performansını artırmayı, bellek hücresi sayısını genişletmeyi ve dolanıklıkları depolamayı hedefliyor. Böylece, RAM’in kuantum eşdeğerine bir adım daha yaklaşılmış olacak.
Çalışma, kuantum hesaplama ve iletişimde rastgele erişimli bellek fikrini somutlaştıran en ileri girişimlerden biri olarak değerlendiriliyor.
