Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Gök Gürültülü

Kuantum hesaplama ve algılama için çip kontrol iyonlarında yerleşik fiber optikler

10.11.2020
284
Kuantum hesaplama ve algılama için çip kontrol iyonlarında yerleşik fiber optikler

Çipte yerleşik olan fiber optikler, kuantum hesaplama ve algılama için iyonları kontrol etmek için gereken tüm lazer ışığını sağlayabilir.

Bilim insanlarının iyonları yakaladığı bir kuantum laboratuarına girin ve aynalar ve lenslerle dolu tezgahlar bulacaksınız, hepsi lazerleri bir çipin üzerinde “hapsolmuş” bir iyona çarpmak için odaklayın.

Bilim adamları, iyonları kontrol etmek için lazerleri kullanarak, iyonları bir kuantum bilgisayardaki temel veri birimi olan kuantum bitleri veya kübitler olarak kullanmayı öğrendiler.

Ancak bu lazer düzeneği araştırmayı geciktiriyor – birkaç iyondan fazlasıyla deney yapmayı ve bu sistemleri gerçek kullanım için laboratuvardan çıkarmayı zorlaştırıyor.

Şimdi, MIT Lincoln Laboratuvarı araştırmacıları, sıkışan iyonlara lazer ışığı iletmek için kompakt bir yol geliştirdiler.

Nature’da yayınlanan yakın tarihli bir makalede, araştırmacılar, iyon yakalama çipine takılan ve ışığı çipin kendisinde üretilen optik dalga kılavuzlarına bağlayan bir fiber optik bloğu tanımlıyorlar.

Bu dalga kılavuzları aracılığıyla, çoklu dalga boylarındaki ışık çip üzerinden yönlendirilebilir ve üzerindeki iyonlara çarpması için serbest bırakılabilir.

Ekip, gelecekte, bu teknolojiye dayalı pratik kuantum bilgisayarları geliştirmenin fizibilitesini keşfetmek için bu çizimde gösterildiği gibi iyon tuzağı dizileri oluşturmayı hedefleyecek. Kredi: Araştırmacıların izniyle

Entegre Nanosistemler Grubu Lincoln Laboratuvarı Quantum Information’ın kıdemli personeli ve makalenin yazarı Jeremy Sage, “Alandaki pek çok kişi için aynalar ve lensler gibi boş alan optiklerini kullanan geleneksel yaklaşımın ancak şimdiye kadar gideceği açıktır” diyor.

Bunun yerine ışık çipin üzerine getirilirse, olması gereken birçok yere yönlendirilebilir. Birçok dalga boyunun entegre teslimi, çok ölçeklenebilir ve taşınabilir bir platforma yol açabilir. Bunun yapılabileceğini ilk kez gösteriyoruz. “

Çoklu renkler

Hapsolmuş iyonlarla hesaplama, her bir iyonun bağımsız olarak hassas bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir. Boş alan optiği, kısa bir tek boyutlu zincirde birkaç iyonu kontrol ederken iyi çalıştı.

Ancak daha büyük veya iki boyutlu bir küme arasında tek bir iyona komşularına çarpmadan vurmak son derece zordur. Binlerce iyon gerektiren pratik bir kuantum bilgisayarı hayal ederken, bu lazer kontrol görevi pratik görünmüyor.

Beliren bu sorun, araştırmacıları başka bir yol bulmaya yöneltti. 2016’da Lincoln Laboratuvarı ve MIT araştırmacıları yerleşik optiklere sahip yeni bir çip gösterdi. Çipin üzerine kırmızı bir lazer odakladılar, burada çip üzerindeki dalga kılavuzları ışığı bir ızgaralı kuplöre, ışığı durdurmak ve iyona yönlendirmek için bir tür sarsma şeridine yönlendirdi.

Ekibin ilk gösteride gerçekleştirdiği kuantum kapısı adı verilen temel bir işlemi yapmak için kırmızı ışık çok önemlidir. Ancak kuantum hesaplama için gereken her şeyi yapmak için altı farklı renkli lazere ihtiyaç vardır: iyonu hazırlayın, soğutun, enerji durumunu okuyun ve kuantum kapılarını gerçekleştirin.

Ekip, bu son çip ile ilke kanıtlarını menekşeden yakın kızılötesine kadar bu gerekli dalga boylarının geri kalanına kadar genişletti.

Ölçülen lazer ışını profillerinin bu animasyonu, iyon yakalama çipindeki “ızgara kuplörleri” tarafından yayılan dört dalga boyunda lazer ışığını gösterir. Sarı yüzey, çipin üstündeki iyonları hapseden metal elektrot tabakasıdır. Kredi: Araştırmacıların izniyle

John Chiaverini, “Bu dalga boylarıyla, sıkışmış iyonları kontrol edebilmeniz için ihtiyaç duyduğunuz temel işlemleri gerçekleştirebildik” diyor.

Gerçekleştirmedikleri tek işlem, iki kübitlik bir kapı, ETH Zürich’teki bir ekip tarafından 2016 çalışmasına benzer bir çip kullanılarak gösterildi ve aynı Nature sayısındaki bir makalede anlatıldı.

Chiaverini, “Bizimkilerle birlikte yapılan bu çalışma, daha büyük tuzak iyon dizileri oluşturmaya başlamak için ihtiyacınız olan her şeye sahip olduğunuzu gösteriyor” diye ekliyor.

Fiber optik

Ekip, birden çok dalga boyuna sıçrama yapmak için, bir fiber optik bloğu doğrudan çipin yan tarafına bağlamak için bir yöntem geliştirdi. Blok, her biri belirli bir dalga boyu aralığına özgü dört optik fiberden oluşur. Bu lifler, doğrudan yonga üzerine desenlenmiş karşılık gelen bir dalga kılavuzu ile hizalanır.

“Fiber blok dizisini çip üzerindeki dalga kılavuzlarına göre hizalamak ve epoksiyi uygulamak ameliyat yapmak gibi hissettirdi. Çok hassas bir süreçti. Deneyleri yöneten Robert Niffenegger, “Yaklaşık yarım mikron toleransımız vardı ve 4 Kelvin’e kadar soğumaya devam etmemiz gerekiyordu” diyor.

Dalga kılavuzlarının üstünde bir cam tabakası bulunur. Camın üstünde, iyonu yerinde tutan elektrik alanları üreten metal elektrotlar vardır; Işığın salındığı ızgara kuplörleri üzerinde metalden delikler kesilir. Cihazın tamamı Lincoln Laboratuvarı’ndaki Mikroelektronik Laboratuvarı’nda üretildi.

Kayıp mavi dalga boylarıyla artma eğilimi gösterdiğinden, ışığı iyonlara düşük kayıpla iletebilen, emilimden veya saçılmadan kaçınan dalga kılavuzları tasarlamak zorlu bir işti. Malzeme geliştirme, dalga kılavuzlarını modelleme, test etme, performansı ölçme ve tekrar deneme süreciydi.

Sage, “Ayrıca dalga kılavuzlarının malzemelerinin yalnızca gerekli ışık dalga boylarıyla değil, aynı zamanda iyonu hapseden metal elektrotlara müdahale etmediğinden de emin olmamız gerekiyordu ”diyor.

Ölçeklenebilir ve taşınabilir

Ekip şimdi bu tamamen hafif entegre çip ile neler yapabileceklerini dört gözle bekliyor. Birincisi, Niffenegger “daha fazlasını yap” diyor. “Bu çipleri bir dizi halinde dizmek, her biri hassas bir şekilde kontrol edilebilen çok daha fazla iyonu bir araya getirerek daha güçlü kuantum bilgisayarların kapısını açabilir.”

Bu araştırmaya dahil olmayan Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nde fizikçi olan Daniel Slichter, “Bu kolayca ölçeklenebilir teknoloji, paralel işlemler için çok sayıda lazer ışını içeren karmaşık sistemleri mümkün kılacak, hepsi otomatik olarak hizalı ve titreşimlere ve çevresel koşullara dayanıklı ve bence tuzaklanmış iyon kuantum işlemcileri binlerce kübit ile gerçekleştirmek için çok önemli olacak. “

Bu lazer entegre çipin bir avantajı, doğası gereği titreşimlere karşı dayanıklı olmasıdır. Harici lazerlerle, lazere gelebilecek herhangi bir titreşim, çipteki herhangi bir titreşim gibi, iyonu ıskalamasına neden olur. Artık lazer ışınları ve çip birbirine bağlandığına göre, titreşimlerin etkileri etkili bir şekilde etkisiz hale getirilmiştir.

Bu kararlılık, iyonların “tutarlılığı” sürdürmesi veya onlarla hesap yapabilecek kadar uzun kübit olarak çalışması için önemlidir. Sıkışan iyon sensörlerinin taşınabilir hale gelmesi de önemlidir.

Örneğin, tuzağa düşürülmüş iyonlara dayanan atomik saatler, zamanı günümüz standardından çok daha hassas bir şekilde tutabilir ve uydularda taşınan atomik saatlerin senkronizasyonuna dayanan GPS’in doğruluğunu iyileştirmek için kullanılabilir.

  • Sage, “Bu çalışmayı, hem akademi hem de endüstri için gerçek bir avantaj sağlayan bilim ve mühendislik arasında köprü kurmanın bir örneği olarak görüyoruz”.

Bu boşluğu kapatmak, Sage’nin baş araştırmacı olduğu MIT Kuantum Mühendisliği Merkezi’nin amacıdır. Sage, “Kuantum fiziğinde doktora sahibi olmayan kişilerin kullanması için sağlam, teslim edilebilir ve kullanıcı dostu olması için kuantum teknolojisine ihtiyacımız var”.

Aynı zamanda ekip, bu cihazın akademik araştırmanın ilerlemesine yardımcı olabileceğini umuyor. “Diğer araştırma enstitülerinin bu platformu kullanmasını istiyoruz, böylece diğer zorluklara – örneğin bu platformda hapsolmuş iyonlarla algoritmaları programlama ve çalıştırma gibi – odaklanabilsinler. Chiaverini, bunun kuantum fiziğinin daha fazla araştırılmasına kapı açtığını görüyoruz ”diyor.

Referans: RJ Niffenegger, J. Stuart, C. Sorace-Agaskar, D. Kharas, S. Bramhavar, CD Bruzewicz, W. Loh, RT Maxson, R. McConnell, D tarafından “Bir iyon kübitinin entegre çoklu dalga boyu kontrolü” . Reens, GN West, JM Sage ve J. Chiaverini, 21 Ekim 2020, Nature.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.