Melbourne ve Manchester Üniversitelerindeki araştırmacılar, güçlü kuantum bilgisayarlara büyük bir adım daha yaklaştıran, yüksek düzeyde saflaştırılmış silikon üretimi için çığır açan bir teknik icat etti.
Ultra saf silikon mühendisliğine yönelik yeni teknik, onu yüksek ölçekte ve yüksek performansla kuantum bilgisayarları yapmak için mükemmel bir malzeme haline getiriyor.
Kuantum Tutarlılığını Artırma
Melbourne Üniversitesi’nden proje ortak danışmanı Profesör David Jamieson, bugün (7 Mayıs 2024) yayınlanan yeniliği söyledi.
“Kırılgan kuantum tutarlılığı, hesaplama hatalarının hızla birikmesi anlamına gelir. Yeni tekniğimizin sağladığı sağlam tutarlılık sayesinde kuantum bilgisayarlar, geleneksel veya ‘klasik’ bilgisayarların (hatta süper bilgisayarların bile) yüzyıllar alabileceği bazı sorunları saatler veya dakikalar içinde çözebilir” dedi Profesör Jamieson.
Bir kübit – atom çekirdeği, elektron veya foton – birden fazla durumun kuantum süperpozisyonunda olduğunda bir kuantum nesnesidir. Kübit tek bir duruma geri döndüğünde ve yalnızca bir veya sıfır olan ve hiçbir zaman süperpozisyonda olmayan geleneksel bir bilgisayar biti gibi klasik bir nesne haline geldiğinde tutarlılık kaybolur.
Kuantum bitleri veya kübitler Kuantum bilgisayarların yapı taşları, sıcaklık dalgalanmaları da dahil olmak üzere çevrelerindeki küçük değişikliklere karşı hassastır. Yakındaki sakin buzdolaplarında çalıştırıldığında bile tamamen sıfır (eksi 273 derece santigrat), mevcut kuantum bilgisayarlar saniyenin yalnızca çok küçük bir kısmı için hatasız tutarlılığı koruyabilir.
Manchester Üniversitesi eş danışmanı Profesör Richard Curry, ultra saf silikonun, ölçeklenebilir kuantum bilgisayarlara giden yolu açmak için gereken kritik bir bileşen olan yüksek performanslı kübit cihazlarının yapımına olanak sağladığını söyledi.
“Yapabildiğimiz şey, silikon bazlı bir kuantum bilgisayar inşa etmek için gereken kritik bir ‘tuğlayı’ etkili bir şekilde yaratmaktı. Profesör Curry, “Bu, insanlık için dönüştürücü olma potansiyeline sahip bir teknoloji yapmak için çok önemli bir adım” dedi.
Kuantum Teknolojisinde Silikonun Rolü
Manchester Üniversitesi/Melbourne Üniversitesi Cookson Araştırmacısı ortak araştırmacısı Ravi Acharya, silikon çipli kuantum hesaplamanın en büyük avantajının, günümüz bilgisayarlarında kullanılan çiplerin yapımında kullanılan temel tekniklerin aynısını kullanması olduğunu söyledi.
“Şu anda günlük bir bilgisayardaki elektronik çipler milyarlarca transistörden oluşuyor — bunlar aynı zamanda silikon bazlı kuantum cihazları için kübitler oluşturmak için de kullanılabilir. Yüksek kaliteli silikon kübitler oluşturma yeteneği bugüne kadar kısmen kullanılan silikon başlangıç malzemesinin saflığıyla sınırlıydı. Burada gösterdiğimiz çığır açıcı saflık bu sorunu çözüyor.”
Profesör Jamieson, yeni yüksek oranda saflaştırılmış silikon bilgisayar çiplerinin kübitleri barındırdığını ve koruduğunu, böylece kuantum tutarlılığını çok daha uzun süre sürdürebildiklerini, hata düzeltme ihtiyacını büyük ölçüde azaltarak karmaşık hesaplamalara olanak sağladığını söyledi.
“Tekniğimiz, yapay zeka, güvenli veri ve iletişim, aşı ve ilaç tasarımı, enerji kullanımı, lojistik ve üretim dahil olmak üzere toplum genelinde adım değişiklikleri vaat eden güvenilir kuantum bilgisayarların yolunu açıyor” dedi.
Sahil kumundan yapılan silikon, bol miktarda bulunması ve çok yönlü olması nedeniyle günümüz bilgi teknolojisi endüstrisinin temel malzemesidir. yarı iletken: Kendisine eklenen diğer kimyasal elementlere bağlı olarak elektrik akımının iletkeni veya yalıtkanı olarak görev yapabilir.
Profesör Jamieson, “Diğerleri alternatifler deniyor, ancak biz silikonun, güvenilir kuantum hesaplamaları için gereken kalıcı tutarlılığı sağlayacak kuantum bilgisayar çipleri için önde gelen aday olduğuna inanıyoruz” dedi.
Kuantum Hesaplama için Arındırıcı Silikon
“Sorun şu ki, doğal olarak oluşan silikon çoğunlukla arzu edilen izotop silikon-28 olsa da, aynı zamanda yaklaşık yüzde 4,5 oranında silikon-29 da var. Silikon-29’un her birinde fazladan bir nötron var atom‘nin çekirdeği küçük bir sahtekar mıknatıs gibi davranarak kuantum tutarlılığını yok ediyor ve hesaplama hataları yaratıyor” dedi.
Araştırmacılar odaklanmış, yüksek hızlı bir saf silikon-28 ışınını bir silikon çipine yönlendirdiler, böylece silikon-28 yavaş yavaş çipteki silikon-29 atomlarının yerini alarak silikon-29 oranını yüzde 4,5’ten milyonda iki parçaya (yüzde 0,0002) düşürdü.)
Profesör Jamieson, “Harika haber, silikonu bu seviyeye kadar saflaştırmaktır; artık herhangi bir yarı iletken imalat laboratuvarında bulabileceğiniz, tasarladığımız özel bir konfigürasyona göre ayarlanmış standart bir makineyi (iyon implantörü) kullanabiliriz” dedi.
Gelecek Beklentileri ve Etkisi
Melbourne Üniversitesi, ARC Kuantum Hesaplama ve İletişim Teknolojisi Mükemmeliyet Merkezi ile daha az saflaştırılmış silikon kullanarak 30 saniyelik tek kübit tutarlılığı konusunda dünya rekorunu kırdı ve hâlâ da elinde tutuyor. 30 saniye hatasız, karmaşık kuantum hesaplamalarını tamamlamak için oldukça uzun bir süredir.
Profesör Jamieson, mevcut en büyük kuantum bilgisayarların 1000’den fazla kübite sahip olduğunu ancak tutarlılık kaybı nedeniyle hataların milisaniyeler içinde meydana geldiğini söyledi.
“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” dedi.
Bu son çalışma Avustralya ve Birleşik Krallık hükümetlerinden alınan araştırma hibeleriyle desteklendi. Profesör Jamieson’un Manchester Üniversitesi ile olan işbirliği Royal Society Wolfson Ziyaret Bursu tarafından desteklenmektedir.
Avustralya’nın CSIRO’sundan 2020 raporu Avustralya’da kuantum bilişimin 2040 yılına kadar 10.000 iş yaratma ve yıllık 2,5 milyar dolar gelir yaratma potansiyeline sahip olduğu tahmin ediliyor.
Profesör Jamieson, “Araştırmamız bizi bu potansiyeli gerçekleştirmeye önemli ölçüde yaklaştırıyor” dedi.
Referans: “Lokalize odaklanmış iyon ışını implantasyonuyla yüksek düzeyde 28Si zenginleştirilmiş silikon” 7 Mayıs 2024, İletişim Malzemeleri.
0 Yorumlar