Stanford, sesteki kuantum sıçramalarını gerçek zamanlı ölçtü

Stanford Üniversitesi araştırmacıları, kuantum sistemlerinin enerji seviyeleri arasında yaptığı ani geçişleri bu kez sesin temel kuantum birimi olan fononlarüzerinde doğrudan izledi. Fizikçi Amir Safavi-Naeini liderliğindeki ekip, mikroskobik bir mekanik rezonatördeki titreşimlerin zaman içinde nasıl azaldığını gerçek zamanlı olarak kaydetti. Vurulan bir çanın sesinin giderek sönmesine benzeyen bu süreç, kuantum ölçekte kesintisiz değil, belirli enerji seviyeleri arasında ani sıçramalar halinde gerçekleşiyor.

FONON SIÇRAMASI

Kuantum sıçramaları ilk kez 1913’te Niels Bohr tarafından teorik olarak ortaya konmuş, daha sonra iyonlar ve fotonlar üzerinde yapılan deneylerde gözlemlenmişti. Stanford ekibi ise aynı davranışı fonon düzeyinde takip etti.

Araştırmacılar, titreşim enerjisinin bir seviyeden diğerine aniden geçtiği ve sonunda sıfır noktasına indiği anları gerçek zamanlı olarak belirledi. Bu gözlem, ses dalgalarının kuantum davranışlarının daha ayrıntılı biçimde izlenebilmesi açısından yeni bir deneysel yöntem ortaya koyuyor.

ÇİP ÖLÇEĞİ

Deney için bilgisayar çipi boyutlarında mikroskobik mekanik rezonatörler üretildi ve bu yapılar süper iletken bir kübitle eşleştirildi. Rezonatörlerin küçük boyutları, tek bir yarı iletken plaka üzerinde birden fazla birimin birlikte kullanılmasına imkan veriyor.

Yaklaşık iki milisaniyelik çınlama sürelerine sahip bu yapılar, mikroskobik ölçekte uzun süre kararlılığını koruyabiliyor. Süper iletken kübit ise dedektör görevi görerek rezonatördeki kuantum durumlarının dışarıdan izlenmesini sağlıyor.

KÜBİT DEDEKTÖRÜ

Sistemin dikkat çeken yönlerinden biri, kuantum durumunu ölçerken yapının hassas dengesini mümkün olduğunca bozmadan veri alınabilmesi. Süper iletken kübit, rezonatördeki titreşim düzeylerini izleyerek bireysel fononların kaybolduğu anları kaydediyor.

Böylece araştırmacılar, bir titreşim durumunun daha düşük enerji seviyesine ne zaman geçtiğini ve sıfır noktasına hangi anda ulaştığını doğrudan gözlemleyebiliyor. Bu ölçüm kabiliyeti, kuantum sistemlerinde rastlantısal geçişlerin zamanlamasını daha ayrıntılı inceleme imkanı sunuyor.

HATA TAKİBİ

Kuantum bilgisayarlarda en önemli sorunlardan biri, hassas kuantum durumlarında ortaya çıkan hataların zamanında belirlenmesi ve düzeltilmesi. Fonon seviyesindeki sıçramaların gerçek zamanlı izlenebilmesi, kuantum bilgi kaybına yol açan geçişlerin hangi anda gerçekleştiğinin daha hassas biçimde belirlenmesine yardımcı olabilir.

Bu tür olayların milisaniye ölçeğinde takip edilmesi, gelecekte kuantum işlemcilerde hata tespiti ve düzeltme yöntemlerinin geliştirilmesine katkı sağlayabilecek bir ölçüm altyapısı oluşturuyor.

SENSÖR UYGULAMALARI

Çip ölçeğindeki rezonatör-kübit mimarisi yalnızca kuantum hesaplama için değil, yüksek hassasiyetli sensör uygulamaları açısından da önem taşıyor. Caltech araştırmacılarıyla yürütülen ortak çalışmalar kapsamında bu yapıların hücre içindeki proteinlerin tespit edilmesi ve tanımlanmasında kullanılması planlanıyor. Aynı hassas ölçüm yaklaşımı, biyoteknoloji, ilaç araştırmaları ve farklı akustik sensör uygulamalarında da değerlendirilebilecek bir temel sunuyor.

Fononların kuantum davranışlarının doğrudan izlenebilmesi, akustik kuantum sistemlerinin hem hesaplama hem de algılama tarafında daha kontrollü biçimde kullanılmasına yönelik çalışmaları genişletiyor.