Kuantum ‘çevirmen’: Küçük bir silikon çip, mikrodalgaları ve ışığı daha önce hiç olmadığı kadar birbirine bağlıyor

Kuantum ‘çevirmen’: Küçük bir silikon çip, mikrodalgaları ve ışığı daha önce hiç olmadığı kadar birbirine bağlıyor

Geleceğin kuantum bilgisayarlarının, ürkütücü kuantum bağlantılarını kaybetmeden şehirler, ülkeler ve hatta kıtalar arasında birbirleriyle konuşabildiğini hayal edin. British Columbia Üniversitesi'nden (UBC) bir araştırma ekibi, bu geleceği gerçekleştirmemize yardımcı olabilecek bir cihaz yarattı.

Sadece silikondan yapılmış küçük bir çip olan bu cihaz, evrensel bir çevirici gibi çalışıyor ve iki uyumsuz enerji arasındaki sinyalleri dönüştürüyor: mikrodalgalar ve ışık. Bu çip, bir kuantum sinyalinin %95'ine kadarını her iki yönde ve neredeyse sıfır gürültüyle dönüştürebiliyor.

Baş araştırmacılardan Mohammad Khalifa ve UBC'nin Blusson Quantum Matter Enstitüsü'nde lisansüstü araştırma asistanı, "Bu, neredeyse her kelimeyi doğru söyleyen, mesajı bozulmadan tutan ve arka planda hiçbir gevezelik eklemeyen bir çevirici bulmaya benziyor," diyor.

Khalifa ve ekibi, bu yeniliğin bir gün kuantum interneti hayalini gerçekleştirebileceğini ve bilgi transferini bugün sahip olduğumuz her şeyden daha güvenli, daha hızlı ve çok daha güçlü hale getirebileceğini öne sürüyor.

Kuantum iletişimi zorlu bir oyundur

Kuantum bilgisayarlar mikrodalga sinyalleri kullanarak bilgi depolar ve işler, ancak mikrodalgalar uzun mesafeli kablolar boyunca iyi seyahat edemez ve emilir ve kaybolur. Bu nedenle internet, fiber optik kablolar boyunca seyahat eden ışık sinyallerini (optik fotonlar) kullanır.

Kuantum internetin çalışması için, taşıdıkları kırılgan kuantum bilgilerini bozmadan mikrodalga sinyallerini optik sinyallere ve geri dönüştürmenin bir yoluna ihtiyacımız var. Bu kulağa geldiğinden daha zordur. Bu dönüşüm sırasında oluşan küçük bozulmalar bile, dolaşık parçacıklar arasındaki kuantum bağlantısını yok ederek verileri mahvedebilir.

Birçok deneysel cihaz bu sorunu çözmeye çalıştı, ancak çoğu çok fazla gürültü ekliyor, her iki yönde de çalışmıyor veya yalnızca karmaşık laboratuvar ortamlarında çalışıyor. UBC ekibi, silikonun içindeki akıllıca bir numarayı kullanarak bu sorunu çözen bir cihaz önerdi. Tasarımları, günlük elektronikte kullanılanlara benzer bir silikon çip içeriyor, ancak buna kasıtlı olarak küçük manyetik kusurlar eklenmiş.

Bu kusurlar, belirli noktalarda sıkışmış elektronlar içeriyor. Bir mikrodalga sinyali (kuantum hesaplamada kullanılır) ve bir optik sinyal (iletişimde kullanılır) bu sıkışmış elektronların enerji seviyelerine uyacak şekilde dikkatlice ayarlandığında, elektronlar enerji emmeden durumları değiştirebilir.

Bu, onların haberci olarak hareket etmelerini, bir sinyal türünü diğerine sorunsuz bir şekilde dönüştürmelerini sağlar ve bunu da çok verimli bir şekilde yaparlar. Örneğin, çip, neredeyse hiç ek gürültü olmadan sinyalin %95'ine kadarını dönüştürebilir; bu, önceki girişimlere göre büyük bir gelişmedir.

"En önemlisi, bu cihaz uzak parçacıklar arasındaki kuantum bağlantılarını korur ve her iki yönde de çalışır. Bunlar olmadan, sadece pahalı bireysel bilgisayarlarınız olurdu. Bununla, gerçek bir kuantum ağı elde edersiniz," diye ekledi Khalifa.

Ayrıca, sadece bir watt'ın milyonda birinde çalışarak son derece güç verimlidir. Her şeyi sabit ve kuantum dostu tutmak için, tasarım, elektriği dirençsiz ileten süperiletken malzemeler kullanır.

Kuantum internetinin geleceği

Bu yaklaşım hala teorik olsa da, önerilen çip tasarımı uzun mesafeli kuantum ağları inşa etmede önemli bir adım ileriyi temsil ediyor. Gerçekleştirilirse, dünyanın farklı yerlerindeki kuantum bilgisayarların klasik sistemlerin eşleşemeyeceği bir şekilde iç içe geçmesine izin verebilir.

Bu, hacklenemeyen internet iletişimine, iç mekan GPS sistemlerine ve yeni ilaçlar tasarlama veya karmaşık doğal sistemleri simüle etme yeteneğine sahip ultra güçlü bilgi işlem araçlarına yol açabilir.

Ancak, bu bir gecede gerçekleşmiyor. Ekibin çalışması temeli oluşturuyor, ancak şimdi çipi fiziksel olarak inşa etme ve test etme zorluğu geliyor.

"Yarın bir kuantum interneti elde etmeyeceğiz, ancak bu önemli bir engeli ortadan kaldırıyor. Şu anda, şehirler arasında kuantum bilgilerini güvenilir bir şekilde göndermek zorlu olmaya devam ediyor. Yaklaşımımız bunu değiştirebilir," diyor çalışma yazarlarından biri ve UBC'de yardımcı doçent olan Joseph Salfi.

Tasarımın gerçekleştirilmesinin biraz zaman alacağı açık. Ancak, en iyi yanı, önerilen cihazın mevcut çip üretim teknolojileri kullanılarak inşa edilebilmesidir. Bu, sonunda seri üretilebileceği ve tüm sistemi yeniden icat etmeden günümüzün fiber optik ağlarına entegre edilebileceği anlamına geliyor.

Kaynak: IE