g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

İki kübit arasında fotonik tasarım etkileşimi?

Kuantum hesaplama dünyasında etkileşim her şeydir.Bilgisayarların düzgün çalışması için, bitlerin (dijital bilgiyi oluşturan bir ve sıfır bit) işlem için etkileşime girebilmesi ve veri aktarabilmesi gerekir. Aynı prensip bir kuantum bilgisayarı oluşturan kübitler için de geçerlidir. Ancak bu etkileşim bir sorun yaratır - kübitlerin etkileşime girdiği herhangi bir sistemde, onlar aynı zamanda çevre ile etkileşime girme eğilimindedir ve kübitlerin kuantum özelliklerini hızla kaybetmelerine neden olur. Fen Bilimleri Enstitüsü'nde doktora öğrencisi olan Ruffin Evans, bu sorunu çözmek için etkileşim-foton eksikliği ile bilinen bir parçacığa döndü.

Brocade Park-Bilim Popülerleştirme: Evans, Mikhail Lukin'in laboratuvarında çalışıyor, Lukin, George Vasmer Leverett Fizik ve Kuantum Profesörü. Kuantum Bilimi ve Mühendisliği Girişimi'nin eş yöneticisi. Çok güçlü bir etkileşime sahip bir sistem tasarlamak zor değildir, ancak çok güçlü etkileşim, çevre ile etkileşim yoluyla gürültüye ve girişime de neden olabilir. Bu yüzden ortamı son derece temiz hale getirmelisiniz ki bu büyük bir zorluktur. Her şeyle zayıf bir etkileşimi olan fotonları kullanarak tamamen farklı bir kural altında çalışıyoruz.

Resim: Denis Sukachev

Evans ve meslektaşları önce silikon boşluk merkezleri (elmaslardaki atomik ölçekli safsızlıklar) kullanarak iki kübit yarattılar ve ardından bunları iki yüz gibi davranan nano ölçekli bir fotonik kristal boşluğa koydular. ayna. Işığın atomlarla aynı anda etkileşime girme şansı çok, çok küçük olabilir, ancak ışık yaklaşık 10.000 kez sıçradığında, bu neredeyse kesinlikle gerçekleşecektir. Yani atomlardan biri foton yayabilir ve bu aynalar arasında ileri geri yansıyacaktır.Belirli bir noktada diğer atom fotonları emecek, ancak fotonların iletimi tek yönlü değildir. Fotonlar aslında birkaç kez iki kübit arasında değiş tokuş edilir. Sıcak bir patates çalıyormuş gibi. Kübitler ileri geri hareket eder. Kübitler arasında etkileşim oluşturma kavramı yeni olmasa da, araştırmacılar bunu diğer birçok sistemde kullandı. Bu başarı Çin'de yapıldı, ancak bu yeni araştırmayı benzersiz kılan iki faktör var.

Temel ilerleme, kullanılan fotonların ışık frekanslarının genellikle çok zayıf etkileşime girmesidir, bu nedenle veri iletmek için optik fiber kullanıyoruz - ışık, temelde zayıflama olmadan çok uzun bir optik fiberden gönderilebilir. Bu nedenle, platform özellikle uzun mesafeli kuantum hesaplama veya kuantum ağları için heyecan verici. Sistem yalnızca çok düşük sıcaklıklarda çalışabilmesine rağmen, atomları sabitlemek için karmaşık lazer soğutma sistemleri ve optik tuzaklar gerektiren yöntemlerden çok daha az karmaşıktır. Sistem nano ölçekli olduğu için birçok cihazın tek bir çip üzerinde paketlenebilme olasılığını ortaya çıkarıyor. Bu etkileşim daha önce gerçekleşmesine rağmen optik alanında katı hal sistemlerinde gerçekleşmemiştir. Cihazlar yarı iletken üretim teknolojisi kullanılarak üretilir ve bir çip üzerinde daha fazla cihaza genişletmek için bu araçları kullanmayı hayal etmek kolaydır.

Birleştirme işlemi: mikroskop hedefi (görüntünün üstünden gelen büyük metal tüp), elmas örneği (görüntünün merkezindeki cama benzeyen küçük plaka) ve örneğe bağlı optik fiber (örneğin üzerindeki parlak yeşil nokta). Resim: Denis Sukachev

Evans, gelecekteki araştırmalar için iki ana yön bekliyordu. İlk yöntem, kübitleri kontrol etmek için yöntemler geliştirmek ve kullanılabilir bir kuantum bilgisayarı olarak işlev görebilmeleri için eksiksiz bir kuantum kapıları kümesi oluşturmaktır. Diğer yön, bu cihazları zaten üretebiliyor, bilgi alabiliyor, cihazlardan bilgi okuyabiliyor ve fiberin içine koyabiliyor olmamız. Öyleyse, bu ölçeği nasıl genişleteceğimizi ve insan ölçeğinde bir mesafede gerçek bir kuantum ağı kurmayı düşünelim. Laboratuvarlarda veya kampüslerde ekipman arasında bağlantı kurmak için mevcut malzemeleri kullanmak veya küçük ölçekli kuantum ağları uygulamak için yeni nesil ekipmanı kullanmak için bir plan tasarlanıyor. Sonuç olarak, bu araştırmanın bilgisayarların geleceği üzerinde geniş bir etkisi olabilir. Kuantum internetten kuantum veri merkezine kadar her şeyin kuantum sistemleri arasında optik bağlantılara ihtiyacı var ve bu tam da işimizin bir parçası.