Bilgisayar

Yarı İletken Kuantum Transistörü, Foton Tabanlı Bilgi İşlemi Mümkün Kılar

Transistörler modern bilgisayarların temelini oluşturan küçük anahtarlardır. Örneğin milyarlarca tanesi bir akıllı telefonun etrafındaki elektrik sinyallerini yönlendirir.

Kuantum bilgisayarlarının kuantum bilgilerini manipüle etmek için benzer donanıma ihtiyacı olacaktır. Ancak bu yeni teknolojiye yönelik tasarım kısıtlamaları zordur. Günümüzde kullanılan en gelişmiş işlemciler kuantum cihazları olarak yeniden kullanılamaz. Çünkü kuantum fiziği tarafından ortaya konan kuantum bilgi taşıyıcıları, kuantum fiziğinde yer alan farklı kuralları izlemelidir.

Bilim adamları, kuantum parçacıklarını, hatta ışığı oluşturan fotonları bile kullanabilirler. Fotonlar, uzun mesafeler boyunca bilgileri hızla aktarabildikleri ve fabrikasyon çipler ile uyumlu oldukları için ilgi çekici hale geldi. Bununla birlikte, ışık tarafından tetiklenen bir kuantum transistörün yapılması oldukça zordur. Çünkü fotonların birbiriyle etkileşime girmesini gerektirir. Bu durum normalde kendi başına gerçekleşmez.

Şimdi, Maryland Üniversitesi’nin A. James Clark Mühendislik ve Ortak Kuantum Enstitüsü (JQI), JQI Fellow Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü ve Elektronik ve Uygulamalı Fizik Affiliate Edo Waks Araştırma Enstitüsü liderliğindeki araştırmacılar bu engeli ortadan kaldırmak için yarı iletken çip kullanan ilk tek fotonlu transistörü geliştirdiler. Science dergisinde anlatılan cihaz kompakttır. Bu yeni transistörlerin yaklaşık bir milyonu tek bir tuzun içine sığabiliyordu. Aynı zamanda her saniyede 10 milyar fotonik quiti işleyebiliyor.

Waks “Transistörümüzü kullanarak fotonlar arasında kuantum kapıları açabiliriz. Bir kuantum bilgisayarında çalışan yazılım, belirli hesaplama problemleri için üstel hıza ulaşmak için bu tür işlemlerin bir dizi kullanacaktır” diyor.

Fotonik çip, içinde çok sayıda delik bulunan bir yarı iletkenden yapılmıştır. Bu da bir petek gibi görünmesini sağlar. Çipin içine giren ışık, etrafa sarkar ve delik kalıbı ile kapana kısılır. Kuantum nokta adı verilen küçük bir kristal, ışık yoğunluğunun en güçlü olduğu alana oturur.

Geleneksel bilgisayar hafızasına benzeyen nokta, fotonlar hakkında cihaza girerken bilgileri depolar. Nokta, foton etkileşimlerine aracılık etmek için bu belleğe etkili bir şekilde dokunabilir. Yani bir fotonun eylemlerinin daha sonra çipe ulaşan başkalarını da etkilediği anlamına gelir.

Stanford Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırma görevlisi ve baş yazar olan Shuo Sun, şu anda bir UMD lisans öğrencisi oldu Araştırma “Tek fotonlu bir transistörde kuantum nokta hafızası, her bir fotonik kesişim ile etkileşime girecek kadar uzun süre devam etmelidir.” diyor. “Bu, tek bir fotonun daha büyük bir foton akışını değiştirmesine izin veriyor. Bu da cihazımızın bir transistör olarak görülmesi için gerekli.”

Araştırmacılar çipin bir transistör gibi çalıştığını test etmek için, cihazın genellikle sadece bir foton içeren zayıf ışık darbelerine nasıl tepki verdiğini inceledi. Normal bir ortamda, bu gibi loş ışık zorlukla kayıt olabilir. Bununla birlikte, bu cihazda, tek bir foton, uzun bir süre için yakalanır. Böylece onun yakın mevkide varlığını kaydeder.

Ekip, tek bir fotonun, nokta ile etkileşerek, cihaz üzerinden ikinci bir ışık darbesinin iletimini kontrol edebileceğini gözlemledi. İlk ışık darbesi, bir anahtar gibi davranır. İkinci fotonun çipe girmesi için kapıyı açar.

Eğer ilk vuruş herhangi bir foton içermediyse, nokta takip eden fotonların geçmesini engeller. Bu davranış, küçük bir voltajın terminalleri üzerinden akım geçişini kontrol ettiği geleneksel bir transistöre benzemektedir. Burada araştırmacılar, voltajı tek bir foton ile başarılı bir şekilde değiştirdiler. Kuantum transistörünün kuantum noktasının belleği bitmeden önce yaklaşık 30 foton içeren bir ışık sinyalini değiştirebileceğini gösterdiler.

Waks, ekibinin, transistörün çalışmaya başlamadan önce cihazın performansının farklı yönlerini test etmesi gerektiğini söyledi. “Şimdiye kadar, tek bir foton transistörü yapmak için gerekli olan bireysel bileşenlere sahibiz. Ama burada tüm adımları tek bir çipte birleştirdik” dedi.

Sun, gerçekçi mühendislik geliştirmeleri ile yaklaşımlarının birçok kuantum ışık transistörünün birbirine bağlanmasına izin verebileceğini söylüyor. Ekip, bu kadar hızlı, yüksek derecede bağlı cihazların, çok sayıda fotonik quitin işlendiği kompakt kuantum bilgisayarların önünü açacağını  umuyor.

Kaynak:
sciencedaily
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (4 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 4,75 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Close