Chicago Üniversitesi ve Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar; farklı kuantum teknolojilerinin ses kullanarak birbirleriyle “konuşmaları” için yenilikçi bir yöntem keşfetti. 11 Şubat Nature Physics‘de yayınlanan çalışma, kuantum teknolojisini gerçeğe yaklaştırmak için önemli bir adım.
Araştırmacılar; hesaplama ve iletişim için temelde yeni nesil atom ölçekli elektroniklerin anahtarı olarak, en küçük parçacıkların ilginç davranışlarına dokunan kuantum sistemlerini görüyorlar. Ancak bu görüş, kuantum hafızaları ve kuantum işlemciler gibi farklı teknoloji türleri arasında bilgi aktarımını gerektirecektir.
Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan David Awschalom: “Bu soruna şu şekilde yaklaşıyoruz: Maddenin kuantum hallerini ses dalgalarıyla manipüle edebilir ve bağlayabilir miyiz?”
Kuantum hesaplama işlemini yürütmenin bir yolu spin’ler* kullanmaktır. Bilim insanları bugünün ikili bilgisayar programlama dilinde; bunu sıfır ve sıfır gibi kullanabilirler. Ancak bu bilgiyi başka bir yerden almak için bir tercüman gerekir ve bilim insanları ses dalgalarının yardımcı olabileceğini düşünüyorlardı.
Araştırmacı Samuel Whiteley: “Nesne, ses dalgalarını malzemedeki elektronların dönüşleri ile birleştirmektir. Ancak ilk zorluk, spin’lerin dikkatini çekmesini sağlamak. Böylece ses dalgalarını yoğunlaştırmak için eğri elektrotlar içeren bir sistem kurdular, örneğin bir ışık noktasını odaklamak için bir büyüteç merceği kullanmak gibi…”
Argonne’da Bilimci Martin Holt, akustik dalgaların X-ışını görüntülerini, her ikisi de Argonne’da bulunan Nanoscale Materials Merkezi ve Gelişmiş Foton Kaynağı’nda bulunan Sert X-ışını Nanoprobe ile birlikte çekti. /Argonne Ulusal Laboratuvarı/phys
Sonuçlar umut vericiydi, ancak daha fazla veriye ihtiyaçları vardı. Olanlara daha iyi bir göz atmak, sistemi gerçek zamanlı olarak gözlemlemek için Argonne’daki Nano Ölçek Materyalleri Merkezi’ndeki bilim insanlarıyla birlikte çalıştılar. Temel olarak, laboratuvarın dev senkrotronu, Gelişmiş Foton Kaynağı’ndan gelen son derece parlak, güçlü X-ışınlarını; ses dalgaları saniyede yaklaşık 7.000 kilometrede ilerlerken malzemenin içindeki atomlara eşlemek için mikroskop olarak kullandılar.
Awschalom: “Bu yeni yöntem, kuantum malzemelerdeki atom dinamiklerini ve yapıyı son derece küçük uzunluktaki ölçeklerde gözlemlememizi sağlıyor. Bu, ses dalgalarının içinden geçerken atomların (bir kafes içindeki hareketini doğrudan izleyebilecek araçlarla) dünya çapında yalnızca birkaç yerden biridir.”
Araştırmacıların, çok şaşırtıcı sonuçlarından biri de, ses dalgalarının kuantum etkilerinin, ilk hayal ettiklerinden daha karmaşık olduğudur. Sistemin modellenmesi, sistemdeki her bir parçacığın etkileşiminin katlanarak büyümesini ve bir araya getirmesini içeriyor.
Whiteley, normalde birkaç mikrondan daha fazla miktarda kuantum bilgisi göndermenin zor olduğunu belirtti. Bu teknik bütün bir çip kontrolünü genişletebilir.
Araştırmacı Gary Wolfowicz: “Sonuçlar bize sistemlerimizi kontrol etmenin yeni yollarını verdi, araştırma ve kuantum algılama gibi teknolojik uygulama alanlarını açtı.”
Ses dalgaları üretmek ve kontrol etmek için bir akustik çip kullanılır. /Kevin Satzinger/phys
Keşif, Chicago Üniversitesi’nin kuantum bilgi bilimi ve mühendisliğinde dünya lideri olan programlarından bir diğeridir. Awschalom şu anda Argonne ve Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı arasında potansiyel olarak, bozulmayan bir iletişim sisteminin ilkelerini test etmek için kuantum bir “Işınlanma Ağı Kurma Projesi”ne öncülük ediyor.
*Spin: Yukarı, aşağı veya her ikisi de olabilen bir elektron özelliği
Comments