Büyük kuantum ağı oluşturmak için, araştırmacıların önce verimli kuantum tekrarlayıcıları geliştirmeleri gerekecektir. Bu tekrarlayıcıların önemli bir bileşeni; rasgele erişimli bellekler (RAM) gibi daha geleneksel bilgisayar belleklerinin kuantum-mekanik eşdeğerleri olan kuantum anılardır.
İdeal olarak, bir kuantum bellek; bilgiyi önemli süreler boyunca tutabilmeli, gerçek kuantum durumlarını saklayabilmeli, verileri verimli bir şekilde okuyabilmeli ve düşük kayıplı telekomünikasyon dalga boylarında çalışabilmelidir. Araştırma ekipleri kuantum anılarının geliştirilmesinde büyük ilerleme kaydetmiş olsa da, şimdiye kadar önerilen hiçbir çözüm tüm bu gereksinimleri aynı anda karşılayamamıştır.
Bu sorundan yola çıkarak, Delft Teknoloji Üniversitesi’ndeki (TU Delft) araştırmacılar; yeterince uzun depolama süreleri, yüksek okuma verimliliği ve telekom dalga boylarında çalışma yeteneği ile yeni bir mekanik kuantum bellek geliştirdiler. Nature Physic’de yayınlanan bir makalede sunmuş oldukları bu bellek; sonuçta mekanik sistemlerin önceki çalışmalarında geliştirilen kuantum etkileri ile pratik olarak uygulanmasını sağlayabilir.
TU Delft Profesörü Simon Gröblacher: “Birkaç yıldır mekanik sistemlerin kuantum etkilerini göstermeye çalışıyoruz ve çeşitli kuantum durumlarını gerçekleştirmede oldukça başarılı olduk, bu yüzden onları gerçekten bir kuantum bilgi işleme yönüne doğru itiyoruz. Bununla birlikte, bu cihazların bazılarını kuantum bilgi işlemesinde kullanmak için ve bir kuantum tekrarlayıcı oluşturmak için kullanılabileceğini göstermelidir. Bir kuantum tekrarlayıcının ana bileşeni bir kuantum hafızasıdır.”
Kuantum hafızaları üzerinde çalışmaya başladıklarında, Gröblacher ve meslektaşları, bazı cihazların arkasındaki mekanik rezonatörlerin çok uzun ömürleri destekleyebileceğinin farkındaydılar. Bu nedenle, tutarlılıklarını (yani, ne kadar hızlı bir şekilde deforme olacaklarını) araştırırken, hangi depolama sürelerini destekleyebileceklerini görmek için onları test etmek istediler.
Gröblacher: “Önceki çalışmalarımıza dayanarak birkaç milisaniyelik bir ömre sahip bir sistem tasarladık, daha sonra test ettik ve depolama süresinin gerçekten iki milisaniye civarında olduğunu bulduk. İkinci bir adım olarak, kuantum durumlarının ve faz bilgilerinin bu süre boyunca korunduğunu doğrulamamız gerekiyordu. Bunu yapmak için, mekanik sistemin bir üst üste binmesini oluşturduk ve üst üste binme evresinin zaman içinde nasıl gelişeceğini inceledik.”
Araştırmacılar; kuantum hafızalarını ilk değerlendirdiklerinde, süperpozisyon durumunun genel yaşam süresinden daha hızlı bozulduğunu buldular. Daha önce geliştirilen birçok sistemin aynı bozunma düzenini sunduğu tespit edildiğinden, bu şaşırtıcı bir sonuçtan uzaktı. Gröblacher ve meslektaşları, bu kısa yapışma süresinin arkasındaki mekanizmaları daha iyi anlamak için bu bulguyu daha fazla araştırmaya başladılar.
Gröblacher ve meslektaşları tarafından tasarlanan kuantum hafıza, birçok avantajlı özelliğe sahiptir. En önemlilerinden biri, tamamen üretilebilir olmasıdır, yani sistemin optik ve mekanik rezonansları tamamen yapay olduğundan, çalıştığı optik dalga boylarının seçilebilir olduğu anlamına gelir. Araştırmacılar onları bir bilgisayar kullanarak tasarladı ve ardından cihazı buna göre üretti.
Daha önce geliştirilen birçok kuantum hafızaları umut verici sonuçlar elde etmesine rağmen, çok azı, esas olarak tüm telekomünikasyonun uzun mesafelerde gerçekleştiği dalga boyları olan telekom dalga boylarında (yaklaşık 1550 nanometre) çalışabildi. Dahası, bu dalga boylarında çalışabilen anılar ya çok karmaşıktı ya da çok kısa ömürleri vardı.
Araştırmacı Gröblacher: “Süperpozisyon durumunu başarılı bir şekilde oluştururken belleğimizin tatmin edici bir ömrü ve tutarlılığı olduğunu gösterebildik. Üstüste binme mekaniği durumlarına sahip diğer mevcut sistemler çok farklıydı ve kuantum bellek gereksinimlerini bir opto-mekanik sistemle ilk karşılayan bizdik.”
Gröblacher ve meslektaşları tarafından yaratılan kuantum hafıza hala bir kavram kanıtıdır, ancak performansı çok umut vericidir. Gelecekteki çalışmalarında, araştırmacılar; bu etkiyi hafifletmek için kuantum bir durumun aşamalı olarak kaldırılmasının ömrünün neden daha hızlı olduğunu daha iyi anlamak istiyorlar.
Gröblacher: “Belki de altta yatan mikroskobik mekanizmaları anlamamıza yardımcı olabilecek farklı bir tasarımla bu kadar kısa bir tutarlılığa sahip olmaktan nasıl kaçınacağımızı bulmak istiyoruz. Ek olarak, belleğimizin genel verimliliğini artırmayı planlıyoruz; yani, bir durumu ne kadar verimli bir şekilde yazıp okuyabildiğini anlamaya çalışıyoruz.”
Önümüzdeki birkaç yıl boyunca Gröblacher ve meslektaşları, pratik uygulamasını kolaylaştırmak için kuantum hafızalarının performansını daha da artırabileceklerini umuyorlar. Ayrıca, önerdikleri optik şema diğer kuantum bellek bileşenlerinin geliştirilmesine ilham verebilir. Araştırmacıların nihai hedefi, büyük kuantum ağları sağlamak için oluşturdukları kuantum belleği kullanmaktır.
Gröblacher: “Hafızamızın ana uygulaması bir kuantum ağının veya kuantum tekrarlayıcısının bir parçası olacaktır. Mekaniği, kuantum bilgi işlem işleminde çok iyi olan süper iletken kubitler gibi diğer kuantum sistemleriyle bağlantı sağlayan bir bellek elemanı olarak işlev görebilir. Sistemimizi bir hibrit kuantum sistemi olarak kullanmanın çok ilginç olacağını düşünüyoruz. “
Comments