Elektroniği ışıkla nasıl hareket ettiririm? Bu, kuantum hesaplamada zor bir sorundur!
Brocade Park: Bu makale kuantum fiziği içindir
Elektronik, negatif yüklü elektronların hareketine dayanır ve fizikçiler, güçlerini yeni teknolojilerde kullanmak için bu parçacıkları harekete geçiren kuvvetleri anlamaya çalışırlar. Örneğin, bir kuantum bilgisayar, devasa hesaplama görevlerini tamamlamak için hassas şekilde kontrol edilen bir dizi elektron kullanır. Son zamanlarda, Okinawa Teknoloji Enstitüsü (OIST) Enstitüsündeki araştırmacılar, mikrodalgaların elektronların hareketini nasıl etkilediğini gösterdi. Bu bulgular, gelecekteki kuantum hesaplama teknolojisine yardımcı olabilir. Sıradan bilgisayarların mantıksal işlemleri 0 ve 1'e dayanır. Bu ikili kod, bilgisayarın işleyebileceği bilgi miktarını ve türünü sınırlar. Atom altı parçacıklar iki veya daha fazla ayrı durumda var olabilir, bu nedenle kuantum bilgisayarlar karmaşık verileri işlemek ve işlevleri son derece yüksek hızlarda gerçekleştirmek için elektronları kullanır.
Boko Park-Bilim Popülerleştirme: Bilim adamları deneyde elektronları kararsız hale getirmek için bu parçacıkları yakaladılar ve davranışlarını değiştiren kuvvetlere maruz bıraktılar. Physical Review B'de yayınlanan bu yeni çalışmada, OIST araştırmacıları elektronları soğuk, vakumla kapatılmış bir odada yakaladılar ve mikrodalgaların altına yerleştirdiler. Bu parçacıklar ve ışık birbirlerinin hareketini değiştirdiler ve enerji alışverişinde bulundular, bu da bu sızdırmaz sistemin kuantum bilgisini - geleceğin mikroçipini - depolamak için kullanılabileceğini gösteriyor. Bu, kuantum hesaplama ve kuantum bilgisini depolamak için yeni bir elektron durumu oluşturmak için daha fazla araştırma gerektiren bir projeye doğru küçük bir adımdır.
Bırak elektron dönsün
Hızla salınan elektrik ve manyetik alanlardan oluşan ışık, ortamda karşılaştığı yüklü malzemeleri itebilir. Işık ve elektronlar aynı frekansta titreşirse, ışık ve parçacıklar enerji ve bilgi alışverişi yapabilir. Bu gerçekleştiğinde, ışık ve elektronların hareketi "eşleşir". Enerji alışverişi, çevredeki diğer ışık maddelerinin etkileşiminden daha hızlı gerçekleşirse, bu hareket "güçlü bir şekilde birleşir". Burada bilim adamları, güçlü bir eşleşme durumuna ulaşmak için mikrodalgalar kullanmaya başladılar. Işıkla parçacıkların kuantum mekanik kontrolünde güçlü bir çiftleşme elde etmek önemli bir adımdır Maddenin klasik olmayan bazı durumlarını üretmek istiyorsak bu önemli olabilir. Güçlü eşleşmeyi net bir şekilde gözlemlemek için, elektronları çevredeki yanıltıcı gürültüden izole etmeye yardımcı olur; bu, elektronlar yakındaki malzemelerle çarpıştığında veya ısı ile etkileşime girdiğinde ortaya çıkar.
- Kuantum mekaniği birimi, iki boyutlu elektron katmanını sıvı helyumda hapseder, onu kapalı bir boşluğa yerleştirir ve neredeyse mutlak sıfıra kadar soğutur. Boşluğun içinde, üst metal plaka ve küresel ayna, bir mikrodalga boşluğu (rezonant boşluk) oluşturmak için mikrodalga ışığını (kırmızı ışık ışını) yansıtır. Sıkışan mikrodalgalar, sıvı helyum üzerinde yüzen elektronlarla etkileşime girer. Resim: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University-OIST
Bilim adamları, yarı iletken ve yalıtkanın temas halinde olduğu yarı iletken arayüzünde mikrodalganın elektronlar üzerindeki etkisini incelediler, böylece elektronların bir düzleme hareketini kısıtladılar, ancak yarı iletken, elektronların doğal hareketini engelleyen safsızlıklar içeriyor. Hiçbir malzeme tamamen hatasız değildir, bu nedenle kuantum mekaniği birimi, elektronlarını mikrodalgaları yansıtan iki metal aynayla donatılmış soğuk vakumlu bir odada izole ederek başka bir çözüm seçti. "Hücreler" olarak adlandırılan bu küçük silindirik kapların her biri, sıcaklığı mutlak sıfıra yakın tutulan sıvı bir helyum havuzuna sahiptir. Bu aşırı sıcaklıkta helyum hala sıvıdır, ancak maddenin içinde yüzen herhangi bir kirlilik donacak ve "hücre" nin yanlarına yapışacaktır.
Elektronlar, helyumun yüzeyi ile birleşerek etkili bir şekilde iki boyutlu bir tabaka oluşturur. Araştırmacılar daha sonra bataryadaki iki ayna arasındaki ışığı yakalayarak bekleyen elektronları mikrodalgalar gibi elektromanyetik radyasyona maruz bırakabilirler. Bu nispeten basit sistem, mikrodalgaların yarı iletkenlerde görünmeyen elektronların dönüşü üzerindeki etkisini ortaya koymaktadır. Makalenin yazarı ve Kuantum Mekaniği Bölümü'nde doktora sonrası araştırmacı Dr. Oleksiy Zadorozhko şunları söyledi: Cihazımızda fiziksel olayların süreci daha net bir şekilde tespit edilebiliyor ve mikrodalgaların elektronların hareketi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu görülüyor. .
Kuantum hesaplamaya başlayın
Fizikçiler bulgularını matematiksel yöntemler kullanarak tanımladılar ve hız, konum veya tek bir elektronun toplam yükündeki dalgalanmaların güçlü birleştirme etkisi üzerinde çok az etkisi olduğunu buldular. Aksine, parçacıkların ve mikrodalgaların bir bütün olarak ortalama hareketi, aralarındaki enerji ve bilgi alışverişini tetikliyor gibi görünüyor. Araştırmacılar, gelecekte sıvı helyum sisteminin elektronları hassas bir şekilde kontrol etmelerini sağlayacağını umuyorlar, böylece kuantum bilgilerini bir sabit diskte standart verileri depoladığımız gibi okuyabilir, yazabilir ve işleyebilirler. Bu sistemin anlaşılması derinleştikçe, Kuantum Dinamikleri Birimi'nin amacı, kuantum bilgisinin bitleri olan kübitlerin endüstri standardını iyileştirmektir. Araştırma çabaları, daha hızlı ve daha güçlü kuantum teknolojilerinin geliştirilmesine yol açabilir!
Boko Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü
Referans dergi literatürü: "Physics Review Letters", "Physics Review B"
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.120.046802
DOI: 10.1103 / PhysRevB.98.235418
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
