Saç telinden 100 kat küçük çip: Kuantum bilgisayarlar yakın

ABD’li araştırmacılar, kuantum bilgisayarların önündeki en büyük engel olan ölçeklenebilirlik sorununu, insan saçından 100 kat daha küçük bir çip ile aştı. Standart yarı iletken süreçleriyle üretilen bu yeni modülatör, kuantum makinelerinin seri üretimine ve endüstriyel kullanımına kapı aralıyor.

Geleceğin teknolojisi olarak görülen ancak devasa boyutları ve enerji gereksinimleri nedeniyle ticari ölçeklenmesi zor olan kuantum bilgisayarlar için kritik bir eşik aşıldı. Araştırmacılar, insan saçından yaklaşık 100 kat daha küçük olan yeni bir "optik faz modülatörü" geliştirerek, yeni nesil kuantum makineleri için gereken devasa kübit sayılarının yönetilebilir hale geleceğini duyurdu.

Doktora öğrencisi Jake Freedman liderliğindeki ekip, Profesör Matt Eichenfield ve Sandia Ulusal Laboratuvarları'ndan Nils Otterstrom'un katkılarıyla, kuantum teknolojisinin ‘eksik halkası’ olarak nitelendirilen bu cihazı üretmeyi başardı.

STANDART ÇİP ÜRETİM TEKNOLOJİSİ KULLANILDI

Buluşun endüstriyel açıdan en dikkat çekici yanı, üretim yönteminde gizli. Ekip, hantal ve özel donanımlar yerine, bilgisayarlardan otomobillere kadar günlük mikroelektronik cihazların üretiminde kullanılan CMOS (Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı İletken) teknolojisini kullandı. Bu strateji, kuantum çiplerinin özel laboratuvarlardan çıkıp yarı iletken dökümhanelerinde seri olarak üretilebilmesi anlamına geliyor.

Profesör Eichenfield, "Gelecekte CMOS üretimini kullanarak fotonik cihazlarımızın binlerce, hatta milyonlarca aynı versiyonunu üretebiliriz. Bu teknoloji, insanların şimdiye kadar icat ettiği en ölçeklenebilir altyapıdır" değerlendirmesinde bulundu.

ENERJİ VERİMLİLİĞİNDE 80 KAT ARTIŞ

Geliştirilen modülatörler, lazer ışığını işlemek için saniyede milyarlarca kez salınan mikrodalga frekansı titreşimlerini kullanıyor. Bu ultra hızlı titreşimler, kuantum hesaplama ve ağ oluşturma için kritik olan lazer fazı kontrolünü sağlıyor.

Mevcut sistemlerin laboratuvar ortamında büyük masaüstü kurulumlar gerektirdiğini ve yüksek enerji tükettiğini belirten uzmanlar, yeni çipin farkını şu verilerle ortaya koydu:

• Ticari modülatörlerden 80 kat daha az mikrodalga gücü tüketiyor.
• Daha az ısındığı için tek bir mikroçip üzerine çok daha fazla kanal yerleştirilebiliyor.
• Kuantum bilgisayarların ihtiyaç duyacağı yüz binlerce optik kanala ölçeklenebiliyor.

OPTİKTE ‘TRANSİSTÖR DEVRİMİ’

Sandia Ulusal Laboratuvarları'ndan Nils Otterstrom, yapılan çalışmayı optik dünyasının "transistör devrimi" olarak nitelendirdi. Otterstrom, "Pahalı ve enerjiye aç cihazları alıp çok daha verimli ve kompakt hale getirdik" dedi.

Proje lideri Jake Freedman ise, "Atom ve iyon tabanlı kuantum bilgisayarlarla çalışmak için hassas lazer kopyaları oluşturmak şart. Ancak bunu geniş ölçekte yapmak için verimli bir teknolojiye ihtiyaç vardı. Çok sayıda kübiti kontrol edebilen, gerçekten ölçeklenebilir bir fotonik platforma yaklaşıyoruz" ifadelerini kullandı.

Araştırmacılar şimdi, frekans üretimi, filtreleme ve darbe oymayı aynı çip üzerinde birleştiren entegre fotonik devreler inşa ederek teknolojiyi ticarileşmeye bir adım daha yaklaştırmayı hedefliyor.