Albert Einstein'ın "uzaktan ürkütücü etki" olarak tanımladığı kuantum dolanıklık, hem bilim insanlarının zihnini zorlayan hem de halkın ilgisini çeken bir kavram olmuştur. Ancak günümüz kuantum teknolojilerinde dolanıklık, parçacıklar arasındaki bağlantı türünü ifade eder ve kuantum bilgisayarların temelini oluşturur. Bu cihazlar henüz gelişimlerinin ilk aşamalarında olsa da, dolanıklık sayesinde klasik bilgisayarların yapamayacağı moleküller, ilaçlar veya katalizörler gibi doğal kuantum sistemlerini daha iyi simüle edebilecekler.
Son yapılan araştırmalarda, yaklaşık 20 nanometre mesafedeki iki atom çekirdeği arasında kuantum dolanıklığı başarıyla gerçekleştirildi. Bu mesafe kulağa az gelse de, kullanılan yöntem hem pratik hem de kavramsal bir ilerleme olup, kuantum bilgisayarlar için hassas ve güvenilir bir kuantum bilgi depolama sistemi inşa edilmesine yardımcı olabilir.
Kontrol ve Gürültü Dengesi
Kuantum bilgisayar mühendislerinin karşılaştığı temel zorluk, birbirine zıt iki ihtiyacı dengelemektir. Kırılgan hesaplama öğeleri dış etkenlerden ve gürültüden korunmalı, aynı zamanda anlamlı hesaplamalar yapmak için onlarla etkileşim kurulabilmelidir. Bu nedenle, ilk çalışan kuantum bilgisayar olma yarışında birçok farklı donanım türü bulunmaktadır. Bazı türler hızlı işlemler için uygunken gürültüden etkilenir, bazıları ise gürültüden iyi korunur ancak kullanımı ve ölçeklendirilmesi zordur.
Atom Çekirdeklerinin Birbirleriyle Konuşmasını Sağlamak
Araştırmacı ekibi, şimdiye kadar ikinci grupta yer alan bir platform üzerinde çalışmaktaydı. Silikon çipler içine fosfor atomları yerleştirilerek, atom çekirdeklerinin spinleri kullanılarak kuantum bilgisi kodlandı. Kullanışlı bir kuantum bilgisayar inşa etmek için birçok atom çekirdeğiyle aynı anda çalışmak gereklidir. Ancak şimdiye kadar birden fazla atom çekirdeğiyle çalışmanın tek yolu, onları tek bir elektron tarafından sarılabilecekleri katı bir cismin içine çok yakın yerleştirmekti.
Elektronlar atom çekirdeklerinden çok daha küçük olarak düşünülse de, kuantum fiziği elektronların uzayda "yayılabilir" olduğunu ve aynı anda birden fazla atom çekirdeğiyle etkileşime girebildiğini gösterir. Ancak bir elektronun yayılma menzili oldukça sınırlıdır. Dahası, aynı elektrona daha fazla çekirdek eklemek, her bir çekirdeği ayrı ayrı kontrol etmeyi çok zor hale getirir.
Uzak Çekirdekleri Dolanıklaştıran Elektronik 'Telefonlar'
Şu ana kadar çekirdekler, aynı odada bulundukları sürece birbirleriyle konuşabilen, ancak dışarıdan hiçbir şey duyamayan insanlar gibiydi. Bu oda modeli, ölçeklendirilemiyordu. Yeni çalışmada ise, insanlara farklı odalardaki diğer insanlarla konuşabilmeleri için telefonlar verildiği benzetmesi yapılabilir. Her oda içeride sessizliğini korurken, artık uzaktaki insanlarla da iletişim kurulabiliyor.
Bu "telefonlar" elektronlardır. Uzayda yayılma yetenekleri sayesinde iki elektron, oldukça uzak mesafelerde bile birbirine "dokunabilir". Eğer her elektron doğrudan bir atom çekirdeğine bağlıysa, çekirdekler elektronların etkileşimi aracılığıyla iletişim kurabilir. Araştırmacılar, elektron kanalını kullanarak "geometrik kapı" adı verilen bir yöntemle çekirdekler arasında kuantum dolanıklığı yaratmışlardır. Bu yöntem, birkaç yıl önce silikondaki atomlarla yüksek hassasiyetli kuantum işlemleri gerçekleştirmek için kullanılmıştı. Şimdi ise silikon üzerinde ilk kez, bu yöntemin aynı elektron tarafından bağlanan çekirdek çiftlerinin ötesine ölçeklenebildiği gösterilmiştir.
Entegre Devrelerle Uyumlu
Deneyde fosfor çekirdekleri arasındaki mesafe 20 nanometreydi. Bu mesafe hala az gibi görünse de, sıradan silikon transistörlerin üretildiği ölçektedir. 20 nanometre ölçeğinde kuantum dolanıklığı oluşturmak, uzun ömürlü ve iyi korunmuş nükleer spin kübitlerimizi telefonlarımızdaki ve bilgisayarlarımızdaki standart silikon çiplerin mevcut mimarisine entegre edebileceğimiz anlamına gelir. Gelecekte, elektronların fiziksel olarak hareket ettirilmesi veya daha uzun şekillere sıkıştırılmasıyla dolanıklık mesafesinin daha da artırılması öngörülmektedir. Bu son atılım, elektron tabanlı kuantum cihazlarındaki ilerlemenin, güvenilir hesaplamalar için uzun ömürlü nükleer spinleri kullanan kuantum bilgisayarların yapımına uygulanabileceğini göstermektedir.
