Bilim insanları, pratik kuantum bilgisayarların önündeki önemli bir engeli ortadan kaldıran yeni bir bilgisayar çipi geliştirdi. Bu çip sayesinde, ilk kez milyonlarca qubit ve bunların kontrol sistemleri aynı cihaz üzerinde bir araya getirilebiliyor.
Geliştirilen bu yeni kontrol çipi, mutlak sıfıra çok yakın (yaklaşık -273.15 santigrat derece) kriyojenik sıcaklıklarda çalışıyor. En önemlisi, qubit'lerin hassas kuantum durumlarını bozmadan onlara yakın yerleştirilebiliyor.
Araştırmacılar, bu sonucu 'on yılı aşkın bir süredir devam eden bir çalışmanın ürünü' olarak nitelendiriyor. Ekip, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda çok az güç tüketen elektronik sistemler tasarlama bilgi birikimini yıllar içinde oluşturduğunu belirtiyor.
Bu gelişme, kuantum ve klasik bileşenlerin aynı çipte entegre edilmesi için 'hayati bir prensip kanıtı' olarak görülüyor. Bu, pratik ve ölçeklenebilir kuantum işlemciler üretme yolunda büyük bir adım.
Qubit'ler, günümüzün klasik bilgisayarlarında bulunan ikili bitlerin kuantum eşdeğeridir. Ancak klasik bir bit 0 veya 1'i temsil ederken, bir qubit her iki durumun 'süperpozisyonu' içinde bulunabilir. Bu özellik, kuantum bilgisayarların birden fazla hesaplamayı paralel olarak gerçekleştirmesini sağlar, bu da onları günümüz bilgisayarlarının erişemeyeceği sorunları çözebilecek kapasiteye getirir.
Spin qubit'ler, bilgiyi bir elektronun spin durumunda kodlayan bir qubit türüdür ve standart CMOS teknolojisi kullanılarak üretilebildikleri için bilim insanlarının ilgisini çekmektedir. Bu, modern akıllı telefon ve bilgisayarların içindeki çipleri üretmek için kullanılan süreçle aynıdır. Teorik olarak bu, spin qubit'lerin normal üretim yöntemlerine uyum sağladığı için ölçekli üretimini çok daha kolay hale getirir.
Diğer kuantum bilgisayarlar süper iletken, fotonik veya tuzaklanmış iyon qubit'leri gibi farklı qubit türleri kullanır. Ancak bu diğer türlerin aksine, spin qubit'ler mevcut ekipman kullanılarak büyük ölçekte üretilebilir.
Bununla birlikte, spin qubit'lerin 'tutarlılıklarını' (süperpozisyon ve dolanıklığı zaman içinde sürdürme yeteneği) korumak için 1 Kelvin'in (mutlak sıfırın hemen üstü) altında tutulması gerekir. Bu tutarlılık, kuantum hesaplamayı bu kadar umut verici kılan paralel işlem gücünün kilidini açmak için gereklidir. Spin qubit'lerin aktivitesini ölçmek ve kontrol etmek için de elektronik ekipmana ihtiyaç vardır.
Bu gelişme, kuantum bilgisayarların sadece laboratuvar makineleri olmaktan çıkıp, bu cihazların insanlık için gerçek dünya sorunlarını çözebileceği aşamaya geçilmesini sağlayabilir.
Kontrol çipini qubit'lerden 1 milimetreden daha az bir mesafeye yerleştirerek yapılan testlerde, araştırmacılar tek ve iki qubit'li kapı işlemlerini başarıyla gerçekleştirdi. Kontrol çipinin ölçülebilir bir elektriksel gürültüye neden olmadığı ve doğruluk, kararlılık veya tutarlılıkta herhangi bir düşüşe yol açmadığı belirlendi.
Ek olarak, kontrol çipi toplamda sadece 10 mikrowatt (0.00001 watt) güç tüketti. Qubit'leri elektriksel darbelerle kontrol etmek için kullanılan analog bileşenler ise megahertz başına sadece 20 nanowatt (0.00000002 watt) harcadı.
Bu sonuç, karmaşık elektroniklerin kriyojenik sıcaklıklarda entegre edilmesiyle qubit'lerin ölçekli olarak kontrol edilebileceği umudunu doğrulamaktadır. Araştırmacılar, bu teknolojinin kısa vadeli algılama sistemlerinden geleceğin veri merkezlerine kadar pek çok farklı kullanım alanı bulacağını öngörüyor.
Bulgular, daha fazla araştırmacıyı spin qubit'lerin potansiyelini keşfetmeye teşvik edebilir. Araştırmacılar, milli-kelvin kontrolün tek ve iki qubit'li kuantum kapıların performansını düşürmediğinin gösterilmesiyle birlikte, pek çok kişinin bu yolu takip etmesini beklediklerini ifade ediyor. Ancak bu tür düşük gürültülü, az güç tüketen kriyojenik elektronikler tasarlamanın yıllarca bilgi birikimi ve uzmanlık gerektirdiğini de ekliyorlar.
Araştırmanın sonuçları Nature dergisinde yayımlandı.
