Yeni yöntemler, yeni teknolojiler, tüketicilerin uygun fiyatlı "kuantum bilgisayarlarına" doğru ilk adım
Tsukuba Üniversitesi'ndeki bir araştırma ekibi, silikon kristallerinde uyumlu kafes dalgaları oluşturmak için ultra kısa lazer darbeleri kullanmanın yeni bir yöntemini inceledi. Teorik hesaplamalar ve Pittsburgh Üniversitesi'nin deneysel sonuçlarıyla, tutarlı titreşim sinyalinin numune içinde tutulabileceği kanıtlanabilir. Bu araştırma, şu anda en hızlı süper bilgisayarların yapamadığı görevleri hızlı bir şekilde gerçekleştirebilen mevcut silikon cihazlara dayanan kuantum bilgisayarların ortaya çıkmasına yol açabilir. Evdeki kişisel bilgisayarlardan ticari sunuculara kadar, bilgisayarlar günlük hayatımızın temel bir parçasıdır ve bilgisayarların gücü endişe verici bir oranda artmaya devam etmektedir.
Bununla birlikte, geleneksel bilgisayarlar için, yakın iki büyük sorun vardır. Birincisi, bir işlemciye kaç transistör yerleştirebileceğimizle ilgili temel sınırdır. Son olarak, bilgisayarınızın işlem gücünü artırmaya devam etmek istiyorsanız, tamamen yeni bir yaklaşıma ihtiyacınız var. İkinci olarak, en güçlü bilgisayarlar bile, internetteki kredi kartı numaralarının güvenliğini korumak için şifre algoritmaları veya paketlerin teslimat yolunu optimize etmek gibi bazı önemli konularda zorluklarla karşılaşacaktır. Bu iki sorunun çözümleri, atomlar ve elektronlar gibi çok küçük ölçekleri kontrol eden fiziksel kuralları kullanan kuantum bilgisayarlar olabilir.
Bir kuantum sisteminde, elektronlar bilardo toplarından çok dalgalar gibi davranırlar ve konumları kesin olmaktan çok "bulanıktır". Ek olarak, çeşitli bileşenler birbirine dolanabilir, böylece diğer bileşenlere atıfta bulunulmadan her bir bileşenin özellikleri tam olarak tarif edilemez. Etkili bir kuantum bilgisayar, hesaplamaları gerçekleştirmek için bu dolaşık durumların tutarlılığını yeterince uzun süre korumalıdır. Yeni çalışmada, Tsukuba Üniversitesi ve Pittsburgh Fizik Üniversitesi ve Tianmelon Üniversitesi başkanı Hrvoje Petek'ten bir ekip, silikon kristallerinde elektronları harekete geçirmek için çok kısa lazer darbeleri kullandı. İlk yazar Dr.Yohei Watanabe şu açıklamayı yaptı:
Kuantum hesaplama için mevcut silikonu kullanmak, kuantum bilgisayarlara geçişi çok daha kolay hale getirecek. Yüksek enerjili elektronlar, silikon yapısında elektronların ve silikon atomlarının hareketini karıştıran tutarlı titreşimler üretir. Ardından, gecikme süresi değiştikten sonra sistemin durumunu tespit etmek için ikinci lazer darbesini kullanın. Teorik modele göre bilim adamları, gözlemlenen yük değişimini gecikme süresi ile açıklayabilirler. Deneyi gerçekleştiren kıdemli yazar Profesör Muneaki Hase şunları söyledi: Bu deney, tutarlı titreşimi kontrol etmenin potansiyel kuantum mekanik etkilerini ortaya koyuyor. Bu anlamda bu proje, tüketicilerin karşılayabileceği bir kuantum bilgisayara doğru ilk adımı temsil ediyor.
Katkılı olmayan silikon kristallerinde uyumlu fononlar tarafından üretilen zaman sinyalinin spektral özellikleri incelenir ve iyon çekirdeği kaynaklı yük yoğunluğunun zamanla geciktirilmiş boylamasına optik fonon Yeşil fonksiyonunu (LO-) hesaplamak için polaron yarı parçacık modeli oluşturulur. Düşük fonon modu ve plazma modu erken aşamada neredeyse enerji rezonansını koruduğunda, sinyal spektrumunun asimetrisi bulunur; bu durum, ultra kısa pompa lazer darbesinin ışınlanmasından hemen sonra yaklaşık 100 saniye sürebilir. Zaman adyabatik diyagramından bu asimetrinin iki mod arasındaki Rosen-Zener bağlantısından kaynaklandığı görülebilir.
Zamanla değişen elektro-optik yansıma sinyali ölçülerek, ilgili deneysel sonuçlar elde edilir ve hesaplama sonuçları karşılaştırılarak hesaplama sonuçlarının tutarlılığı kanıtlanır. Işıkla uyarılan taşıyıcı yoğunluğu, yukarıdaki koşulları yerine getirmekten daha yüksek ve daha düşük taşıyıcı yoğunluklarına daha fazla değiştikçe, spektrum daha simetrik hale gelir. Ayrıca taşıyıcı yoğunluklu optik düğümün uyumlu fonon sinyalleri üzerindeki etkisi de incelenerek, geçici Fano rezonansının neden olduğu asimetri ile GaAs kristallerinde gözlemlenen spektral çizgiler karşılaştırılır.Bu bulgular ve başarı, Gelecekteki kuantum bilgisayarlar için belirli bir temel oluşturun.
