Kuantum Bilgi-işlemde Işık Dalgası Vaditroniği Deneniyor

Elektronları ışıkla kontrol etmeyi sağlayan bir teknik, kuantum bilgisayarların oda sıcaklığında çalışmasını sağlayabilir.
Görsel Telif: Stefan Schlauderer, University of Regensburg

Kuantum bilgisayar fikrinin gerçeğe dönüştürülmesi yolunda yapılan çalışmalar arasında, “vadi” ve “elektronik” sözcüklerinin birleştirilmesi ile oluşturulan “vaditronik” (İng. valleytronics) adıyla bilinen yöntem de bulunuyor. Vaditronikte bilgi, belirli 2D yarı-iletkenlerde ilerleyen elektronların dalga benzeri hareketine dayanarak kodlanıyor.

Almanya’da bulunan Margburg Üniversitesi ve Regensburg Üniversitesi ile ABD’nin Michigan Üniversitesi’nde bulunan araştırmacılardan oluşan bir ekip, vaditronik çalışmaları dahilinde, ince bir yarı-iletken yaprak üzerindeki elektronların, iki durum (klasik 1 ve 0 durumları) arasında geçiş yapmalarının, kızılötesi lazer atımları tarafından nasıl sağlanabildiğini gösterdi. Yarı-iletken üzerinde, ışık atımları ile ayarlanıp değiştirilen elektron durumları, oda sıcaklığında çalışabilecek kuantum bilgisayarların veya geleceğin “ışık dalgası” elektroniğinin 0 ve 1’leri olabilir.

“Sıradan elektronik gigahertz aralığındadır; saniyede bir milyar işlem. Bu yöntem ise bir milyon kat daha hızlı,” diyen Mackillo Kira, Regensburg Üniversitesi’nde gerçekleştirilen deneyin kuramsal kısmından sorumlu.  Kuantum bilgi-işlem, geleneksel bilgisayarlarda çok uzun sürecek olan bazı hesaplamaların yapılmasını sağlayabilir. Böylece, şu anda çözülmeyi bekleyen problemlerin bir kısmının çözülmesini sağlayarak, yapay zeka, hava durumu öngörüsü ve ilaç tasarımı gibi konularda ilerlemelere yardım edebilir.

Kuantum bilgisayarların gücü, onların kubit adı verilen kuantum mekaniksel bitlerinin sadece 1 ya da 0 olmak zorunda olmamalarından ileri geliyor; bir kubit, bu iki durumun süperpozisyonu hâlinde de bulunabiliyor. Yani Schrödinger’in kedisi olarak bilinen düşünsel deneydeki hem canlı hem ölü olma hâli gibi, hem 1 hem de 0 olabiliyorlar. “Klasik bir bilgisayarda, her bir bir konfigürasyonunun depolanması ve teker teker işleme alınması gerekirken, bir kubit kümesi ideal olarak tek bir çalıştırmada tüm konfigürasyonları işleyip depolayabilir,” diye açıklıyor Kira.

Bunun anlamı şu: Bir problemin olası çözümler yığınına bakmak ve en uygunu bulmak istediğinizde, kuantum hesaplama bunu çok daha çabuk yapabilir. Ama kubit yapmak zor bir iş; çünkü kuantum durumlar aşırı derecede kırılgan. Intel, IBM, Microsoft ve D-Wave gibi firmaların izlediği temel ticari yol, süper-iletken devre kullanmak. Kablo ilmekleri, aşırı düşük sıcaklık değerlerine (-321°F ve daha düşük) getiriliyor. Bu sıcaklık değerlerinde, elektronlar birbirleriyle çarpışmayı kesiyor ve eşdurumluluk denilen bir görüngü ile ortak kuantum durumları oluşturuyorlar.

Bir kuantum durumuna uzun süre bağlı kalacak bir yol bulmak yerine, yeni çalışma, durumlar dağılmadan önce işlemlerin yapılması için bir yol gösteriyor. “Uzun vâdede, işlemleri bir ışık dalgasının tek bir salınımından daha hızlı yapan kuantum bilgi cihazlarını oluşturmak için gerçekçi bir olasılık görüyoruz. Malzemeyi yapmak nispeten kolay; oda sıcaklığında çalışıyor ve birkaç atom kalınlığında, maksimum derecede kompakt,” diyor deney lideri Rupert Huber.

Malzeme, petek yapılı bir örgüdeki tek bir tungsten ve selenyum katmanından oluşuyor. Bu yapı, pseudo-spinler (sanki-spinler) olarak bilinen bir çift elektron durumu üretiyor. Bu, elektronun spini değil (öyleyken bile, fizikçiler elektronların aslında kendi çevrelerinde spin atmadıkları konusunda uyarıyor); bir çeşit açısal momentum. Bu iki sanki-spin, 1 ve 0 kodlaması yapabiliyor.

Huber’in ekibi, sadece birkaç femtosaniye süren hızlı kızılötesi ışık atımları ile elektronları bu durumlara geçirdi. İlk atımın, elektronları sanki-spin durumuna iten kendi spini vardı; buna dairesel kutuplanma deniyor. Ardından, spini olmayan bir ışık atımı (çizgisel kutuplanmış), elektronları iki sanki-spin arasında gidip gelmeye itti. Bu durumları sıradan 1 ve 0 gibi düşünerek, yeni bir tür “ışık dalgası” bilgisayarı üretmek mümkün; hem de Kira’nın sözünü ettiği milyon kat hızlı saat hızlarıyla. Bu yoldaki ilk güçlük ise sanki-spinleri çevirecek bir dizi lazer atımı kullanmak olacak.

Fakat elektronlar da iki sanki-spin arasında süperpozisyon durumları oluşturabilir. Bir dizi atımla, elektronlar eşdurumlu durumlarından düşene dek hesaplamalar yapmak mümkün olmalı. Ekip, bir dizi işlemi gerçekleştirmeye yetecek kadar hızlı biçimde bir kubiti çevirebildiklerini gösterdi. Yani temelde bir kuantum işlemci içinde çalışabilecek kadar hızlı.

Dahası, elektronlar sürekli olarak ışıma yapıyor ve bu da narin kuantum durumunu bozmadan bir kubiti okumayı kolaylaştırıyor. Saat yönünde dairesel kutuplanma, bir sanki-spin durumuna işaret ederken, saat yönünün tersindeki diğerini belirtiyor.

Kuantum hesaplama yolundaki bir sonraki adım, iki kubitin bir seferde gitmesini sağlamak olacak. Birbirlerine o kadar yakın olacaklar ki, etkileşecekler. Bunun için düz yarı-iletken yaprakları istiflenebilir veya nanoyapı teknikleri kullanılabilir.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv