Kuantum Durumlarını 10.000 Kez Daha Uzun Hale Getirecek Basit İnovasyonu Keşfediliyor

Basit bir inovasyonun, kuantum bilimi için birden fazla yeni yol açması bekleniyor.

Kullanabilirsek, kuantum teknolojisi harika yeni olanaklar vaat ediyor. Ama önce bilim insanlarının kuantum sistemlerini saniyenin birkaç milyonda birinden daha uzun süre bağlı kalmak için ikna etmeleri gerekiyor.

Chicago Üniversitesi Pritzker Moleküler Mühendislik Okulu’ndaki bir bilim insanı ekibi, kuantum sistemlerinin eskisinden 10.000 kat daha uzun süre çalışır durumda veya “tutarlı” kalmasını sağlayan basit bir modifikasyon keşfini duyurdu. Bilim adamları, tekniklerini katı hal kübitleri adı verilen belirli bir kuantum sistemleri sınıfı üzerinde test etseler de, bunun birçok başka tür kuantum sistemine de uygulanabilir olması gerektiğini ve böylece kuantum iletişiminde, hesaplamada ve algılamada devrim yaratabileceğini düşünüyorlar.

Çalışma 13 Ağustos 2020’de Science bülteninde yayınlandı.

Argonne Ulusal Laboratuvarı’nda kıdemli bilim insanı ve Chicago Kuantum Borsası direktörü, Moleküler Mühendislikte Liew Aile Profesörü, çalışmanın baş yazarı David Awschalom, “Bu atılım, kuantum biliminde heyecan verici yeni araştırma yolları için zemin hazırlıyor” dedi. Bu keşfin geniş uygulanabilirliği, oldukça basit bir uygulama ile birleştiğinde, bu sağlam tutarlılığın kuantum mühendisliğinin birçok yönünü etkilemesine izin veriyor. Önceden pratik olmadığı düşünülen yeni araştırma fırsatlarını mümkün kılıyor. “

Atom düzeyinde, dünya kuantum mekaniğinin kurallarına göre işliyor – günlük yaşamımızda etrafımızda gördüklerimizden çok farklı. Bu farklı kurallar, neredeyse hacklenemez ağlar veya son derece güçlü bilgisayarlar gibi teknolojiye dönüşebilir; ABD Enerji Bakanlığı, 23 Temmuz’da UChicago’daki bir etkinlikte gelecekteki kuantum internet için bir plan yayınladı. Ancak temel mühendislik zorlukları devam ediyor: Kuantum durumları, arka plan gürültüsünden kolayca rahatsız oldukları için çalışmak için son derece sessiz, istikrarlı bir alana ihtiyaç duyuyorlar. titreşimler, sıcaklık değişiklikleri veya başıboş elektromanyetik alanlar.

Bu nedenle bilim adamları, sistemi olabildiğince uzun süre tutarlı tutmanın yollarını bulmaya çalışırlar. Yaygın bir yaklaşım, sistemi gürültülü ortamlardan fiziksel olarak izole etmektir, ancak bu hantal ve karmaşık olabilir. Diğer bir teknik, tüm malzemeleri olabildiğince saf hale getirmeyi içerir, bu da maliyetli olabilir. UChicago’daki bilim adamları farklı bir yaklaşım benimsedi.

“Bu yaklaşımla çevredeki gürültüyü ortadan kaldırmaya çalışmıyoruz; Bunun yerine, sistemi gürültüyü deneyimlemediğini düşünmesi için “kandırıyoruz”, dedi doktora sonrası araştırmacı Kevin Miao, makalenin ilk yazarı.

Ekip, kuantum sistemlerini kontrol etmek için kullanılan olağan elektromanyetik darbelere paralel olarak, ek bir sürekli alternatif manyetik alan uyguladı. Bilim adamları, bu alanı hassas bir şekilde ayarlayarak, elektron dönüşlerini hızla döndürebilir ve sistemin geri kalan gürültünün “ayarlanmasına” izin verebilir.

Miao, “Prensibi anlamak için, etrafınızda bağıran insanların olduğu bir atlı karıncada oturmak gibi bir şey,” diye açıkladı Miao. “Yolculuk hareketsizken, onları mükemmel bir şekilde duyabilirsiniz, ancak hızla dönüyorsanız, gürültü arka planda bulanıklaşıyor.”

Bu küçük değişiklik, sistemin 22 milisaniyeye kadar tutarlı kalmasına, modifikasyon yapılmadığından dört kat daha yüksek ve daha önce bildirilen herhangi bir elektron spin sisteminden çok daha uzun süre kalmasına izin verdi. (Karşılaştırma için, göz açıp kapayıncaya kadar yaklaşık 350 milisaniye sürer). Sistem, tümü genellikle kuantum tutarlılığını bozan bazı sıcaklık dalgalanmaları, fiziksel titreşimler ve elektromanyetik gürültü biçimlerini neredeyse tamamen ayarlayabiliyor.

Bilim adamları, basit düzeltmenin kuantum teknolojisinin neredeyse her alanında keşiflerin kilidini açabileceğini söyledi.

Awschalom, “Bu yaklaşım, ölçeklenebilirliğe giden bir yol oluşturuyor” dedi. “Elektron dönüşünde kuantum bilgisinin saklanmasını pratik hale getirmelidir. Uzatılmış depolama süreleri, kuantum bilgisayarlarda daha karmaşık işlemleri mümkün kılacak ve spin tabanlı cihazlardan iletilen kuantum bilgisinin ağlarda daha uzun mesafeler kat etmesine izin verecek. “

“With this approach, we don’t try to eliminate noise in the surroundings; instead, we “trick” the system into thinking it doesn’t experience the noise.” — Kevin Miao, postdoctoral researcher

Bilim adamları, testleri silikon karbür kullanılarak katı hal kuantum sisteminde gerçekleştirilmiş olsa da, tekniğin süper iletken kuantum bitleri ve moleküler kuantum sistemleri gibi diğer kuantum sistemlerinde benzer etkilere sahip olması gerektiğine inanıyorlar. Bu düzeydeki çok yönlülük, böyle bir mühendislik atılımı için alışılmadık bir durumdur.

Miao, “Uzun süre kuantum tutarlılığını koruyamadıkları için bir kenara itilen kuantum teknolojisi için birçok aday var” dedi. “Tutarlılığı büyük ölçüde iyileştirmek için bu yola sahip olduğumuz için bunlar artık yeniden değerlendirilebilir.

“En iyi yanı, inanılmaz derecede kolay olması,” diye ekledi. “Arkasındaki bilim karmaşık, ancak alternatif bir manyetik alan eklemenin lojistiği çok basit.”

Çalışmadaki diğer UChicago bilim adamları, lisansüstü öğrencisi Joseph Blanton, doktora sonrası araştırmacı Chris Anderson, lisansüstü öğrenciler Alexandre Bourassa ve Alex Crook ve Argonne bilim adamı Gary Wolfowicz idi. Japonya Ulusal Kuantum ve Radyolojik Bilim ve Teknoloji Enstitülerinden Hiroshi Abe ve Takeshi Ohshima da ortak yazarlardı. Ekip, Pritzker Nanofabrikasyon Tesisinde kaynakları kullandı. Ekip, keşfi ticarileştirmek için Polsky Girişimcilik ve İnovasyon Merkezi ile birlikte çalışıyor.

Kaynak: https://scitechdaily.com/scientists-discover-simple-innovation-to-make-quantum-states-last-10000-times-longer/