Uzun yıllardan bu yana araştırmacılar, kuantum mekaniğinin engin potansiyelinden yararlanabilecekleri bir bilgisayar yapmaya uğraştılar. Şimdi Avustralya'da bulunan New South Wales Üniversitesi'nden (UNSW) mühendisler son engeli de aştı. Silikonda yani bugün kullanmakta olduğumuz bilgisayarlarda bulunan çiplerin yapıldığı malzeme üzerinde bir kuantum mantık geçidi yapmayı başardılar.

Yeni geliştirilen bu cihaz, iki kubitin (kuantum bitinin) haberleşmelerini ve birlikte hesaplama yapmalarını sağlıyor. Kuantum bilgisayarar için bu yaşamsal önem taşıyan bir yeti. Daha da iyisi, araştırmacılar bu teknolojiyi milyonlarca kubit ölçeğine çıkarmak yönünde adımlar atmış. Dolayısıyla dünyanın ilk kuantum işlemci çipini üretebilecek durumdalar. Bunun bir sonraki aşaması da elbette silikon tabanlı kuantum bilgisayar yapmak.

Şu an kullanmakta olduğumuz normal bilgisayar çipleri, bilgiyi ikili sistem bitleri (0 veya 1 durumu) olarak saklar. Sistemleri iyi bir şekilde işliyor olsa da, işleyebilecekleri veri miktarı belli bir noktaya kadar çıkabilir. Öte yandan kubitler, 0 veya 1 durumunda olabildikleri gibi, aynı anda iki durumda birden de olabilirler. Bu da kuantum bilgisayarlara emsalsiz bir işlem gücü verir. Tabi eğer onları üretmeyi başarabilirsek...



Bilimciler kubit kontrolünde giderek daha iyi oluyorlar. Bu konuda onları en çok zorlayan şey ise birbirleri ile iletişim kurmalarını sağlayarak onlara işlem yaptırmak. Tüm dijital devrelerin yapıtaşı olan mantık geçitlerinin yapılması açısından bu çok önemli. Mantık kapıları iki girdi alır ve programlanmış mantığa göre yeni bir çıktı verir.

Kuantum mantık kapıları daha önce inşa edilmişti; ancak onların hepsinde egzotik malzemeler kullanılıyordu. Yani bugünün silikon tabanlı bilgisayar altyapısı ile uyumlu olmaları mümkün değildi. Bu nedenle silikon bazlı kuantum bilgisayar yapabilmek için eksik kalmış son fiziksel parça, silikon bir kuantum mantık kapısıydı. Artık bir kuantum bilgisayar yapmak için gereken herşeyimiz var.

“Biz varolan bilgisayar çipleri ile aynı cihaz teknolojisini kullandığımız için, inanıyoruz ki eksiksiz bir işlemci çipi üretmemiz, daha egzotik teknolojiler kullanan diğer tasarımlarlardan çok daha kolay olacak,” diyor proje lideri Andrew Dzurak. “Günümüz bilgisayar endüstrisinde kullanılan üretim tekniklerini temel aldığı için, çalışmamız bir kuantum bilgisayarın yapılmasını kolaylaştıracak,” şeklinde devam ediyor.



Kuantum mantık kapılarının inşasında karşılaşılan en büyük güçlük şu ki, iki kubitin birbirleri ile konuşabilmeleri için inanılmaz yakın olmaları gerekiyor. Genellikle aralarındaki uzaklık 20-40 nanometre arasında oluyor ve bu da kontrol edilmelerini çok zorlaştırıyor. Japonya Keio Üniversitesi'nden Prof. Kohei M. Itoh ile ortak çalışan ekip bu zorluğu da, geleneksel çiplerdeki düzeneği efektif olarak kopyalamak suretiyle alt etmiş.

Geleneksel çip düzeneğinde ikili sistem bitleri transistör denilen minik yarı-iletken cihazlar tarafından tanımlanır. Akıllı telefonunuzda ya da bilgisayarınızda bulunan her bir silikon çipte, yaklaşık 1 milyar tane böyle transistör vardır. Diğer yandan, kuantum bitler tek bir elektronun spini tarafından tanımlanır. Dzurak ve ekibi, bildiğimiz transistörleri yeniden düzenleyerek onları bir elektron ile ilişkili hale getirmiş ve böylece transistörlerin kubitleri tanımlamasını sağlamış.

“Silikon transistörlerin her birinin sadece tek bir elektronla ilişkili olmasını garantileyerek, kuantum bitleri tanımlamalarını sağladık. Ardından ikili kod olan 0 veya 1'i elektronun spini üzerinde depoladık,” diyor ekipten Menno Veldhorst. Kendisi, araştırmalarının detaylarını paylaştıkları ve Nature dergisinde yayımlanan makalenin de başyazarı oluyor.

Ekip kubitleri kontrol etmek ve birbirleri ile haberleşmelerini sağlamak için transistörler üzerinde metal elektrotlar kullanarak mantık kapısı oluşturmuş. Tasarımlarının patentini de çoktan almışlar. Dzurak beş yıl gibi bir süre zarfında, tasarımlarının daha basit bir versiyonunu da yapabileceklerini belirtiyor.

Silikon kuantum çipi bir kez elde edince, çalışan bir kuantum bilgisayar yapabilir duruma geldik demektir. Bu da bizim bilgiyi işleme yöntemimizde devrim yaratacak. Finans, araştırma ve güvenlik alanında devasa etkileri olacak. Bunu için yapılmayı bekleyen bir sürü mühendislik çalışması olsa da, yakın gelecekte tamamlanacağı kuşkusuz.



 

---

Kaynak: Science Alert, "Australian engineers just built a quantum logic gate in silicon for the first time"
< http://www.sciencealert.com/australian-engineers-have-put-quantum-technology-in-a-silicon-chip-for-the-first-time >

Basın Açıklaması: UNSW, "Crucial hurdle overcome in quantum computing"
< http://www.newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/crucial-hurdle-overcome-quantum-computing >

Referans: M. Veldhorst et al. A two-qubit logic gate in silicon. Nature, October 2015 DOI: 10.1038/nature15263
< http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature15263.html >

---