Silikon çipler üzerindeki “yapay atomları” daha kararlı hale getirmeyi başaran Avustralyalı mühendisler, daha tutarlı kuantum bitler (kubit) oluşturarak kuantum bilgi işlem için önemli bir adım attı.

Araştırmacılar, kubitleri kullanan ve verileri yüzde 99’un üzerinde doğrulukla işleyebilen tarihin ilk silikon çipini daha da geliştirdi. Böylece silikondan kaynaklanan hata oranını en aza indirecek bir yöntem ortaya koydu.

Yeni Güney Galler Üniversitesi’nde (UNSW) kuantum mühendislik üzerine çalışan Andrew Dzurak şunları ifade etti:

Son araştırmamızda bizi gerçekten heyecanlandıran şey, yüksek sayıda elektrona sahip bu yapay atomların mümkün olduğu düşünülenden çok daha sağlam kubitler oluşturmasıydı. Bu, kuantum bilgisayarları hesaplamalarına güvenerek kullanabileceğimiz anlamına geliyor.

Araştırmanın önemini vurgulayan Dzurak, “Çünkü sadece bir elektrona dayanan kubitler çok fazla güvenilmez olabiliyor” dedi.

Normal bir atomda elektronlar “elektron kabukları” denen yörüngelerde serbestçe üç boyutlu hareket sergiliyor. Kuantum nokta ismi verilen bu “yapay atomlarda” ise minik yarı iletken kristaller ve elektrik alan sayesinde elektronların hareketleri kısıtlanıyor.

Science Alert'in aktardığına göre UNSW’den katı hal fizikçisi Andre Saraiva bunu şöyle açıklıyor:

Gerçek bir atomda pozitif yük ortada, çekirdekte bulunur ve negatif yüklü elektronlar bunun etrafında üç boyutlu yörüngelerde döner. Bizim durumumuzdaysa pozitif (yüklü) çekirdek yerine pozitif yük, silikondan (silikon oksitten yapılan yalıtım bariyeriyle) ayrılmış kapı elektrotlarından geliyor. Ardından bunun altında tutulan elektronların hepsi kuantum noktanın merkezi etrafında dönüyor. Ancak elektronlar küre oluşturmak yerine bir diskteki düz bir düzende bulunuyor.

Araştırmacılar şimdiye dek tek bir elektronu bitlerin kuantum biçimi olan kubitler olarak kullanıyordu. Klasik bilgisayarlarda bitler sadece iki değer (1 ve 0) alabilirken kubitler bu elektronların dönüş yönüne (spin) göre 1 ve 0’ın yanı sıra aynı zamanda bu iki değeri aynı anda alabiliyor. Süperpozisyon ismi verilen bu durum çok sayıda işlemi aynı anda yapma imkanını vererek kuantum bilgisayarların temel gücünü oluşturuyor.

Ancak ekibin daha önce ortaya koyduğu bu tek elektronlu sistem tam da istendiği gibi değildi. UNSW’den Ross Leon şöyle anlatıyor:

Şimdiye kadar, silikon cihazların atomik düzeydeki kusurları kubitlerin davranış biçimlerini engelliyor, güvenilmez işlemlere ve hatalara yol açıyordu.

Mühendisler, çözümü kapı elektronlarındaki gerilimi artırmakta buldu. Bu da çok sayıda elektronu çekerek çoklu yörüngeler oluşturdu.

Araştırmacılar, bu çoklu atomların tıpkı gerçek atomlardaki gibi daha kararlı yörüngeler oluşturduğunu ve kubitlerin böylece daha güvenilir hale geldiğini belirtiyor.

Yeni düzenek, aynı zamanda silikon çiplerin atomik düzeydeki kusurlarından kaynaklanan hataları ortadan kaldırmış gibi görünüyor.

Druzak, “Yeni çalışmamız, bu yapay atomların en dış kabuklardaki elektronların spinlerini daha güvenilir ve kararlı kubitler oluşturacak şekilde kontrol edebildiğimizi gösteriyor” dedi ve ekledi:

Bu gerçekten önemli çünkü bu artık kırılganlığı çok daha az kubitler üzerinde çalışabileceğimiz anlamına geliyor. Tek elektron son derece narin bir şey. Ancak 5 ya da 13 elektronlu bir yapay atom çok daha sağlam.

Hakemli bilim dergisi Nature Communications’da yayımlanan makalede araştırmacılar, bir sonraki çalışmada bu çoklu elektrona sahip kubitlerden iki tane kullanarak aralarındaki etkileşimi incelemeyi hedeflediklerini yazdı.

ScienceAlert

Independent Türkçe için derleyen: Umut Can Yıldız