Avustralyalı araştırmacılar kuantum bilgisayarların yapı taşı olan yeni tip bir kubit tasarladılar. Sonunda; gerçek, büyük ölçekli bir kuantum bilgisayarının imalini mümkün kılacaklarını ispatladılar.
Genel olarak, şu anda bir kuantum bilgisayar yapmanın birtakım yolları vardır.: Bazıları daha az yer kaplar, ancak inanılmaz derecede karmaşık olma eğilimindedir. Bazıları ise; daha kolaydır, ancak ölçeklenmesini zordur.
Optimum kubit’i yakalamak için güvenilir ve gerçek yollardan biri; kuantum sistemlerinin analiz edilmesi için, yeterince uzun süre parçacıklara tutunabilen iyon tuzakları ve optik cımbızlar gibi standart atom-taming teknolojisini kullanmaktır.
Bir diğer yol ise; kaygan elektrik akımlarındaki kuantumun üst üste geldiklerini tespit etmek için süper iletken malzemelerden yapılmış devreleri kullanmaktır.
Bu tür sistemlerin avantajı, mevcut teknikler ve teçhizatların temelini oluşturması ve bunları nispeten karşılanabilir ve kolayca bir araya getirilebilir olmasıdır.
Böyle bir teknoloji nispeten az sayıda kubit için olabilir, ancak yüzlerce veya binlerce bilgisayar bir bilgisayara bağlandığında, ölçek hızlı bir şekilde uygulanamaz hale gelir.
Bir atomun hem çekirdeğinde hem de elektronunda kodlama bilgisi sayesinde, “flip-flop kubit” olarak adlandırılan yeni silikon kubit, manyetik olmayan sinyaller yerine elektrik sinyalleri ile kontrol edilebilir. Bu, daha önce hiç olmadığı kadar geniş bir mesafeden kuantum dolaşımını sürdürebileceği ve ölçeklenebilir bir bilgisayara yerleştirilmesinin daha ucuz ve kolay hale getirildiği anlamına geliyor.
Flip-flop kubit, yüzlerce nanometreye kadar gerçek kuantum dolaşımı sunan iki uç arasındaki bölgede bulunacaktır. Başka bir deyişle, sadece ölçeklenebilir silikon tabanlı kuantum bilgisayarları yapmak için beklenen teknoloji olabilir.
Şu ana kadar cihazın, henüz inşa edilmemiş, bir planı var. Ancak Ekip Lideri Andrea Morello’ya göre, gelişim, Bruce Kane tarafından Nature 1998‘de yayınlanan ve Silikon Kuantum Hesaplama Hareketi haberine kadar önem taşıyor.
Morello: “Kane’in yazısında bahsedildiği gibi, bu bir teori, bir öneri kubit henüz inşa edilmedi. Tamamıyla uygulanabilir olduğunu gösteren bazı ön deneysel verilere sahibiz, bu yüzden bunu tam olarak göstermek için çalışıyoruz, fakat bence bu Kane’in orijinal yazısı kadar vizyoner.”
Flip-flop kubit, bir silikon çipin içine implante edilen ve bir elektrot paternine bağlı olan fosfor atomunun elektron ve çekirdeği üzerindeki bilgileri kodlayarak çalışır. Her şey daha sonra mutlak sıfıra yakın bir yerde soğutulur ve manyetik bir alanda yıkanır.
Kubit değeri daha sonra spin adında bir ikili özelliğin kombinasyonlarıyla belirlenir. (Eğer spin bir elektron için ‘up’, çekirdek için ‘down’ ise, kubit genel bir 1 değerini temsil eder, tersi 0’dır.)
Bu, kuantum uygulamalarında kullanılacak spinlerin üst üste binmesini engeller.
Flip-flop’da, araştırmacılar kubiti manyetik sinyaller yerine bir elektrik alanı kullanarak kontrol edebiliyorlar. Bu da iki avantaj sağlıyor: Normal elektronik devrelerle entegrasyonu daha kolaydır ve en önemlisi, kubitlerin daha büyük mesafelerde iletişim kurabileceği anlamına gelir.
Tosi:”Bu kubitin çalışması için, elektron çekirdeğin biraz üstünde elektrotlar kullanarak çekip çıkarılmalı, böylece elektron dipolü de yaratılmış oluyor.”
Morello, “Bu çok önemli bir nokta. Elektrik dipolleri, birbirlerine oldukça geniş mesafelerde, bir mikrondan iyi bir fraksiyonda veya 1.000 nanometrede etkileşime giriyorlar.
Bu, artık tek atomlu kubit’leri mümkün olduğunca önceden düşünülenden çok daha uzakta yerleştirebileceğimiz anlamına geliyor. Böylece ara bağlantıları, kontrol elektrodları ve okuma aygıtları gibi anahtar klasik bileşenleri sergilemek için yeterli atom-benzeri kuantum biti var demektir.
Atom ölçekli cihazlardan daha kolay üretilebiliyor, fakat yine de milimetrede bir milyon kubit koyabiliyoruz.”
Yeni flip-flop kubitin anlamı, gelecek kuantum bilgisayarlarını küçük ve potansiyel olarak ekonomik hale getirebilecek bir dengedir.
