Harvard-MIT Ultra-soğuk Atom Merkezi ve diğer üniversitelerden bir fizikçi ekibi, 256 kuantum bite sahip (veya “kübit”li) programlanabilir bir kuantum simülatörü geliştirdi.

Sistem, günümüzün en hızlı süper bilgisayarlarının bile yeteneklerinin ötesinde olan, bir takım karmaşık kuantum fenomenine ışık tutmak için kullanılabilecek. Bu, nihayetinde, malzeme bilimi, iletişim teknolojileri, finans ve diğer birçok alanda gerçek dünya atılımlarının gerçekleştirilmesine yardımcı olabilecek büyük ölçekli kuantum bilgisayarlar oluşturmaya yönelik büyük bir adımı işaret ediyor. Kübit’ler, kuantum bilgisayarların temel yapı taşları ve muazzam işlem güçlerinin kaynağıdır.

Harvard Kuantum Girişimi’nin eş direktörü ve geçtiğimiz günlerde Nature dergisinde yayınlanan çalışmanın kıdemli yazarlarından biri olan George Vasmer Leverett Fizik Profesörü, Mikhail Lukin, “Bu, alanı şimdiye kadar keşfedilmemiş yeni bir bölgeye taşıyor” dedi. “Kuantum dünyasının tamamen yeni bir bölümüne giriyoruz.”

Fen Bilimleri Enstitüsünde fizik öğrencisi ve çalışmanın baş yazarı olan Sepehr Ebadi’ye göre, sistemin benzeri görülmemiş boyutu ve programlanabilirliğinin birleşimi, onu, kuantum bilgisayar yarışının en uç noktasına yerleştiriyor. Doğru koşullar sağlandığı takdirde, bir kuantum bilgisayarın kübit sayısındaki artış, standart bilgisayarlara kıyasla üstel olarak daha fazla bilgi depolanabileceği ve işlenebileceği anlamına gelmekte. Sistemin devasa boyutunu açıklayan Ebadi, “Yalnızca 256 kübit ile mümkün olan kuantum durumlarının sayısı, güneş sistemindeki atomların sayısını aşıyor” dedi.

Simülatör, şimdiden araştırmacıların, maddenin daha önce deneysel olarak hiç gerçekleştirilmemiş olan birkaç egzotik kuantum durumunu gözlemlemelerine ve manyetizmanın kuantum seviyesinde nasıl çalıştığının ders kitabı örneği olabilecek kadar hassas bir şekilde gösteren, bir faz geçişi simülasyonu yapabilmelerini sağladı.

Bu deneyler, malzeme özelliklerinin altında yatan kuantum fiziği hakkında güçlü bilgiler sağlayan deneyler ve bilim adamlarına, egzotik özelliklere sahip yeni malzemelerin nasıl tasarlanabileceğine dair bilgiler vermekte.

Proje, araştırmacıların 2017 yılında geliştirdiği ve 51 kübit boyutuna ulaşabilen bir platformun önemli ölçüde yükseltilmiş bir versiyonunu kullanıyor. Bu eski sistem, araştırmacıların ultra-soğuk Rubidyum atomlarını yakalayabilmesine ve ‘optik cımbız’ adı verilen (optical tweezer), tek boyutlu, ayrı ayrı odaklanmış lazer ışınları kullanarak belirli bir düzende onları düzenleyebilmelerine izin verdi.

Yeni sistem, atomların iki boyutlu optik cımbız dizilerinde birleştirilmesine izin veriyor. Bu, ulaşılabilir sistem boyutunu 51’den 256 kübit’e çıkarmakta. Araştırmacılar, cımbızları kullanarak atomları hatasız desenlerde düzenleyebilir ve kübitler arasında farklı etkileşimler oluşturmak için kare, petek veya üçgen kafesler gibi programlanabilir şekiller oluşturabilir.

Ebadi, “Bu yeni platformun çalışma gücü, yüzlerce ayrı ayrı odaklanmış optik cımbız ışını üretmek için bir optik dalga cephesini kullanılan ‘uzaysal ışık’ modülatörü adı verilen bir cihazdır” dedi (spatial light modulator). “Bu cihazlar temelde, klasik bilgisayarlarda görüntüleri bir ekranda oluşturan projektörlerin içinde kullanılan sistemler ile aynıdır, ancak onları kuantum simülatörün kritik bir bileşeni olacak şekilde uyarladık.”

Harvard Kalkanı şeklinde yerleştirilmiş atomların bir florasan görüntüsü.

Atomların optik cımbızlara ilk yüklenmesi rastgeledir. Araştırmacılar atomları hedef geometrilerine yerleştirmek için hareket ettirmelidir. Araştırmacılar, atomları istenen konumlara sürüklemek için ikinci bir hareketli optik cımbız seti kullanıyor ve başlangıçtaki rastgeleliği ortadan kaldırıyor. Lazerler, araştırmacılara atomik kübitlerin konumlandırılması ve bunların tutarlı kuantum manipülasyonu için tam kontrol sağlamakta.

Harvard’da fizik araştırma görevlisi ve makalenin yazarlarından biri olan Tout Wang, “Çalışmamız, daha büyük ve daha iyi kuantum bilgisayarlar oluşturmak için gerçekten yoğun, küresel bir yarışın parçası” dedi. “Genel çaba [kendimizin ötesinde] en iyi akademik araştırma kurumlarını ve Google, IBM, Amazon gibi büyük özel sektör yatırımlarını içeriyor.”

Araştırmacılar şu anda kübitler üzerindeki lazer kontrolünü geliştirerek, sistemi daha programlanabilir hale getirmek için çalışıyorlar. Ayrıca, maddenin egzotik formlarını araştırmak gibi yeni uygulamalar için nasıl kullanılabileceğini de aktif olarak araştırıyorlar.

Ebadi, “Bu çalışma, çok sayıda yeni bilimsel uğraşı mümkün kılıyor” dedi. “Bu sistemlerle yapılabileceklerin daha başındayız.”

Kaynakça: Harvard-led physicists create 256-qubit programmable quantum simulator – Harvard Gazette

Bu içeriği paylaş
0499
Bartu Bisgin

Bunları da beğenebilirsiniz

Yorum Yap

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

More in Duyurular