
Büyük bir atılım kuantum hesaplama güçlü, ölçeklenebilir kuantum bilgisayarların yaratılmasına zemin hazırlayan ultra saf silikonun geliştirilmesiyle elde edildi.
100 yılı aşkın bir süre önce, Manchester Üniversitesi’ndeki bilim insanları atomlardaki çekirdeği keşfettiklerinde dünyayı değiştirdiler; bu, nükleer fiziğin doğuşuna işaret ediyordu.
Günümüze hızlı bir şekilde ilerleyin ve tarih bu kez kuantum hesaplamada tekerrür ediyor.
Üniversitedeki bilim insanları, “nükleer fiziğin kurucusu” Ernest Rutherford tarafından geliştirilen aynı öncü yöntemi temel alarak, Avustralya’daki Melbourne Üniversitesi ile işbirliği içinde, yüksek nükleer enerji üretimine izin veren gelişmiş, ultra saf bir silikon formu ürettiler. -performanslı kubit cihazları – ölçeklenebilir kuantum bilgisayarlara giden yolu açmak için gereken temel bir bileşen.
Kuantum Hesaplama Gelişmeleri
Manchester Üniversitesi İleri Elektronik Malzemeler Profesörü Richard Curry şunları söyledi:
“Yapabildiğimiz şey, silikon bazlı bir kuantum bilgisayar inşa etmek için gereken kritik bir ‘tuğlayı’ etkili bir şekilde yaratmaktı. İnsanlık için dönüştürücü olma potansiyeline sahip bir teknolojiyi uygulanabilir hale getirmek için çok önemli bir adım; Bize, iklim değişikliğinin etkilerini ele almak ve sağlık hizmetleriyle ilgili zorlukların üstesinden gelmek gibi karmaşık sorunlara çözümler bulabileceğimiz ölçekte veri işleme yeteneği verebilecek bir teknoloji.

“Bu başarının, Manchester’ın Rutherford’un ‘dünyayı bölmek’ fikri de dahil olmak üzere, bu süre boyunca bilimsel yeniliklerin ön saflarında yer aldığı Üniversitemizin 200. yıldönümü ile aynı hizada olması uygundur. atom‘ 1917’de keşfedildi, ardından 1948’de ‘Bebek’ ile elektronik depolanmış program hesaplamasının gerçek hayattaki ilk gösterimi, şimdi kuantum hesaplamaya doğru bir adım atılıyor.
Kuantum Zorluklarının Üstesinden Gelmek
Kuantum bilgisayarların geliştirilmesindeki en büyük zorluklardan biri, kuantum hesaplamanın yapı taşları olan kübitlerin son derece hassas olması ve içerdikleri bilgileri korumak için istikrarlı bir ortam gerektirmesidir. Sıcaklık dalgalanmaları da dahil olmak üzere ortamlarındaki küçük değişiklikler bile bilgisayar hatalarına neden olabilir.
Diğer bir konu da ölçekleri, hem fiziksel boyutları hem de işlem güçleridir. On kübit, normal bir bilgisayardaki 1.024 bit ile aynı işlem gücüne sahiptir ve potansiyel olarak çok daha küçük bir hacim kaplayabilir. Bilim adamları, tam performans gösteren bir kuantum bilgisayarın yaklaşık bir milyon kübite ihtiyaç duyduğuna inanıyor ve bu da herhangi bir klasik bilgisayar tarafından mümkün olmayan bir yetenek sağlıyor.

Kuantum Hesaplamada Silikonun Rolü
Silikon, yarı iletken özellikleri nedeniyle klasik hesaplamanın temel malzemesidir ve araştırmacılar, bunun ölçeklenebilir kuantum bilgisayarlara cevap olabileceğine inanıyor. Bilim adamları son 60 yılını silikonun elinden gelen en iyi performansı göstermesini sağlayacak şekilde nasıl tasarlanacağını öğrenmekle geçirdiler, ancak kuantum hesaplamada bunun da zorlukları var.
Doğal silikon, farklı kütlelere sahip (izotop adı verilen) üç atomdan oluşur: silikon 28, 29 ve 30. Bununla birlikte, silikonun yaklaşık %5’ini oluşturan Si-29, kübitin bozulmasına neden olan ‘nükleer takla atma’ etkisine neden olur. bilgiyi kaybedersiniz.
Manchester Üniversitesi’ndeki bir atılımla bilim insanları, silisyumun 29 ve 30 atomlarını çıkaracak şekilde silisyum mühendisliği yapmanın bir yolunu buldular; bu da onu, yüksek ölçekte ve yüksek performansa sahip kuantum bilgisayarları yapmak için mükemmel bir malzeme haline getiriyor.
Sonuç olarak dünyanın en saf silikonu, toplu iğne başı boyutunda üretilebilecek bir milyon kübitin yaratılmasına giden yolu sağlıyor.
Projede deneysel çalışma yürüten doktora araştırmacısı Ravi Acharya şöyle açıkladı: “Silikon kuantum hesaplamanın en büyük avantajı, elektronik çiplerin üretiminde kullanılan tekniklerin aynı olmasıdır. — şu anda milyarlarca transistörden oluşan günlük bir bilgisayarın içinde — silikon bazlı kuantum cihazları için kübitler oluşturmak için kullanılabilir. Yüksek kaliteli Silikon kübitler oluşturma yeteneği bugüne kadar kısmen kullanılan silikon başlangıç malzemesinin saflığıyla sınırlıydı. Burada gösterdiğimiz çığır açıcı saflık bu sorunu çözüyor.”
Yeni yetenek, benzersiz performans ve yeteneklere sahip ölçeklenebilir kuantum cihazlarına yönelik bir yol haritası sunuyor ve teknolojileri hayal edilmesi zor şekillerde dönüştürme vaadini taşıyor.
Projenin ortak danışmanı, Melbourne Üniversitesi’nden Profesör David Jamieson şunları söyledi: “Tekniğimiz, yapay zeka, güvenli veri ve iletişim, aşı ve ilaç tasarımı da dahil olmak üzere toplum genelinde adım adım değişiklikler vaat eden güvenilir kuantum bilgisayarların yolunu açıyor. enerji kullanımı, lojistik ve üretim.
“Artık son derece saf silikon-28 üretebildiğimize göre, bir sonraki adımımız birçok kubit için kuantum tutarlılığını aynı anda sürdürebileceğimizi göstermek olacak. Yalnızca 30 kübitlik güvenilir bir kuantum bilgisayar, bazı uygulamalarda günümüzün süper bilgisayarlarının gücünü aşabilir.”
Kuantum Hesaplamayı Anlamak
Tüm bilgisayarlar elektronları kullanarak çalışır. Negatif yüke sahip olmanın yanı sıra elektronların ‘dönme’ olarak bilinen başka bir özelliği de vardır ve bu genellikle topaçla karşılaştırılır.
Bir bilgisayarın belleğindeki elektronların birleşik dönüşü manyetik bir alan yaratabilir. Bu manyetik alanın yönü, bir yönün ‘0’, diğer yönün ise ‘1’ olarak adlandırıldığı bir kod oluşturmak için kullanılabilir. Bu daha sonra bilgisayara talimat vermek için yalnızca 0 ve 1’i kullanan bir sayı sistemi kullanmamıza olanak tanır. Her 0 veya 1’e bit denir.
Bir kuantum bilgisayarda, milyonlarca elektronun dönüşünün birleşik etkisi yerine, ‘klasik’ dünyadan ‘kuantum’ dünyasına geçiş yaparak tek elektronların dönüşünü kullanabiliriz; ‘Bit’ kullanımından ‘qubit’ kullanımına geçiş.
Klasik bilgisayarlar ardı ardına hesaplamalar yaparken, kuantum bilgisayarlar tüm hesaplamaları aynı anda yaparak çok büyük miktarda bilgiyi işleyebilir ve çok karmaşık hesaplamaları rakipsiz bir hızda gerçekleştirebilirler.
Kuantum hesaplamanın henüz erken aşamalarında olmasına rağmen, tam olarak geliştirildiğinde kuantum bilgisayarlar, ilaç tasarımı gibi gerçek dünyadaki karmaşık sorunları çözmek ve daha doğru hava tahminleri sağlamak için kullanılacaktır; hesaplamalar günümüzün süper bilgisayarları için çok zordur.
Referans: “Son derece Lokalize odaklanmış iyon ışını implantasyonuyla Si zenginleştirilmiş silikon” yazan: Ravi Acharya, Maddison Coke, Mason Adshead, Kexue Li, Barat Achinuq, Rongsheng Cai, A. Baset Gholizadeh, Janet Jacobs, Jessica L. Boland, Sarah J. Haigh, Katie L. Moore, David N. Jamieson ve Richard J. Curry, 7 Mayıs 2024, İletişim Malzemeleri.
Bu çalışma Birleşik Krallık Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi (EPSRC) tarafından, özellikle de Prof. Curry liderliğindeki ‘Nano Ölçekli İleri Malzeme Mühendisliği Program Hibesi’ tarafından desteklenmiştir. Profesör Jamieson’un Manchester Üniversitesi ile olan işbirliği, Royal Society Wolfson Ziyaret Bursu ve Avustralya Araştırma Konseyi tarafından desteklenmektedir. Ravi Acharya, Cookson Bursu tarafından desteklenen, Manchester Üniversitesi ve Melbourne Üniversitesi’nin ortak doktora öğrencisidir.
0 Yorumlar