Boulderdəki Kolorado Universiteti tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləriTədqiqatda optik lif massivindən lazer işığı ilə hazırlanmış optik çip. Müəllif: Jake Freedman

Tədqiqatçılar insan saçının diametrindən təxminən 100 dəfə kiçik olan yeni bir cihazla kvant hesablamasında böyük bir irəliləyiş əldə etdilər.

“Nature Communications” jurnalında dərc olunan bu yeni optik faza modulyatorları, kvant məlumatlarının əsas vahidləri olan minlərlə və ya hətta milyonlarla kubitin işlənməsi üçün tələb olunan lazerlərin səmərəli idarə olunmasını təmin etməklə daha böyük kvant kompüterlərinin kilidini açmağa kömək edə bilər.

Ən əsası, alimlər komandası bu cihazları miqyaslı istehsaldan istifadə edərək hazırlayıblar. Onlar mürəkkəb, xüsusi qurğulardan yayınaraq, kompüterlərdə, telefonlarda, nəqliyyat vasitələrində, məişət texnikasında – demək olar ki, hər şeydə (hətta tosterlərdə) elektrik enerjisi ilə işləyən prosessorların arxasındakı eyni texnologiyanı istehsal etmək üçün istifadə edilən cihazları əvəz ediblər.

Elektrik, Kompüter və Enerji Mühəndisliyi kafedrasında doktorantura təhsili almaq istəyən Ceyk Fridmanın, professor və Karl Qustafson Kvant Mühəndisliyi üzrə kafedra müdiri Matt Eichenfieldın və Sandia Milli Laboratoriyalarının əməkdaşlarının, o cümlədən həmmüəllif Nils Otterstromun rəhbərliyi ilə onlar yalnız kiçik və güclü deyil, həm də kütləvi istehsalı üçün praktik və ucuz olan bir cihaz yaratdılar.

Onların cihazı lazer işığını fövqəladə dəqiqliklə idarə etmək üçün saniyədə milyardlarla dəfə salınan mikrodalğalı tezlikli titrəmələrdən istifadə edir.

Bu ultra sürətli titrəmələr tədqiqatçılara lazer şüasının fazası üzərində birbaşa nəzarət imkanı verir və çipin kvant hesablama, kvant sensoru və kvant şəbəkə texnologiyalarının qurulması üçün vacib olan yüksək sabitlik və səmərəliliklə yeni lazer tezlikləri yaratmasına imkan verir.Kvant hesablamaları üçün vacib olan optik dalğaötürən, pyezoelektrik aktuator və metal marşrutlaşdırma təbəqələri daxil olmaqla cihazın 3D görüntüsü. Kredit: Ceyk Fridman

Kvant kompüterləri niyə dəqiq optik tezlik nəzarətindən asılıdır

Kvant hesablamalarına aparıcı yanaşmalar arasında məlumatları fərdi atomlarda saxlayan tələyə salınmış ion və tələyə salınmış neytral atom sistemləri var.

Bu kubitləri işlətmək üçün tədqiqatçılar dəqiq lazer şüalarından istifadə edərək hər bir atomla “danışırlar” və bu da onlara hesablamalar aparmaq üçün təlimatlar verməyə imkan verir.

Hər bir lazerin tezliyi həddindən artıq dəqiqliklə, çox vaxt faizin milyardda biri qədər və ya daha da kiçik ölçüdə tənzimlənməlidir.

Fridman bildirib ki, “Tezlik fərqlərində çox dəqiq olan lazerin yeni nüsxələrinin yaradılması atom və ion əsaslı kvant kompüterləri ilə işləmək üçün ən vacib vasitələrdən biridir. Lakin bunu miqyaslı şəkildə etmək üçün həmin yeni tezlikləri səmərəli şəkildə yarada bilən texnologiyaya ehtiyacınız var.”

Bu gün bu tezlik dəyişiklikləri, əhəmiyyətli miqdarda mikrodalğalı enerji istehlak edən böyük masaüstü cihazlar istifadə edilərək edilir.

Mövcud qurğular kiçik laboratoriya təcrübələri və az sayda kubit olan kvant kompüterləri üçün yaxşı işləyir, lakin gələcək kvant kompüterləri üçün tələb olunan on və ya yüz minlərlə optik kanala qədər miqyaslana bilmir.

Eichenfield dedi: “Optik masalarla dolu anbarda 100.000 toplu elektro-optik modulyator olan kvant kompüteri qura bilməyəcəksiniz. Onları istehsal etmək üçün əl ilə yığılmayan və uzun optik yolları olan daha miqyaslı üsullara ehtiyacınız var. Bununla yanaşı, hamısını bir neçə kiçik mikroçipə yerləşdirə və 100 dəfə az istilik istehsal edə bilsəniz, onu işlək hala gətirmə ehtimalınız daha yüksəkdir.”

Cihaz, bir çox kommersiya modulyatorlarından təxminən 80 dəfə az mikrodalğalı enerji istehlak edən səmərəli fazalı modulyasiya vasitəsilə yeni işıq tezlikləri yarada bilər.

Daha az enerji istifadə etmək istiliyi azaldır və daha çox kanalın bir-birinə yaxın yerləşdirilməsinə imkan verir – hətta tək bir çipdə belə.

Bu xüsusiyyətlər birlikdə çipi atomların kvant hesablamaları aparmaq üçün yerinə yetirməli olduğu mürəkkəb rəqsi idarə etmək üçün güclü, miqyaslı bir sistemə çevirir.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Dünyanın ən geniş miqyaslı istehsal texnologiyasından istifadə edilərək inşa edilmişdir

Layihənin ən əhəmiyyətli aspektlərindən biri onun tamamilə qabaqcıl mikroelektronika istehsalı üçün istifadə edilən eyni tipli bir “fabrikada” və ya tökmə zavodunda istehsal olunmasıdır.

Eichenfield dedi: “CMOS istehsalı insanların indiyə qədər icad etdiyi ən geniş miqyaslı texnologiyadır”.

” Hər bir mobil telefonda və ya kompüterdə olan hər bir mikroelektron çipdə milyardlarla mahiyyətcə eyni tranzistor var. Beləliklə, CMOS istehsalından istifadə etməklə gələcəkdə fotonik cihazlarımızın minlərlə və ya hətta milyonlarla eyni versiyasını istehsal edə bilərik ki, bu da kvant hesablamasının ehtiyac duyacağı şeydir.”

Otterstromun sözlərinə görə, əvvəllər bahalı və enerji tələb edən modulyator cihazlarını götürərək onları daha səmərəli və daha az həcmli ediblər.

Otterstrom dedi: “Biz optikanın özünün “tranzistor inqilabına” doğru irəliləməsinə kömək edirik, vakuum borularının optik ekvivalentindən uzaqlaşaraq miqyaslana bilən inteqrasiya olunmuş fotonik texnologiyalara doğru irəliləyirik”.

Komanda hazırda eyni çipdə tezlik generasiyasını, filtrasiyanı və impuls oyma prosesini birləşdirən tam inteqrasiya olunmuş fotonik sxemlər hazırlayır və bununla da tam əməliyyat çipi məqsədini reallığa daha da yaxınlaşdırır.

Gələcəkdə, onlar bu çiplərin versiyalarını ən müasir tələyə salınmış atom və tələyə salınmış neytral atom kvant kompüterlərində sınaqdan keçirmək üçün kvant hesablama şirkətləri ilə əməkdaşlıq edəcəklər.

Fridman bildirib ki, “Bu cihaz tapmacanın son hissələrindən biridir. Biz çox sayda kubitləri idarə edə bilən, həqiqətən miqyaslana bilən fotonik platformaya yaxınlaşırıq.”

Daha çox məlumat: Jacob M. Freedman və digərləri, CMOS-da hazırlanmış fotonik dövrədə görünən işığın gigahertz tezlikli akusto-optik faza modulyasiyası, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65937-z

Jurnal məlumatları: Nature Communications 

Boulderdəki Kolorado Universiteti tərəfindən təmin edilir