Tədqiqatçılar kvant hesablamasını daha yığcam, potensial komponentləri 1000 dəfə kiçildə bilən, eyni zamanda daha az avadanlıq tələb edən bir kəşf etdilər. Tədqiqat Nature Photonics jurnalında dərc olunub .

İndi yaradılan kvant kompüterlərinin bir sinfi bir-birinə bağlı və ya kvant fizikası dili ilə desək, “dolaşan” cütlər şəklində yaradılmış işıq hissəciklərinə və ya fotonlara əsaslanır. Bu fotonları istehsal etməyin bir yolu lazeri millimetr qalınlığında kristallar üzərində işıqlandırmaq və fotonların bir-birinə bağlanmasını təmin etmək üçün optik avadanlıqdan istifadə etməkdir. Bu yanaşmanın dezavantajı kompüter çipinə inteqrasiya etmək üçün çox böyük olmasıdır.

İndi Nanyang Texnologiya Universiteti, Sinqapur (NTU Sinqapur) alimləri cəmi 1,2 mikrometr qalınlığında və ya bir saç telindən təxminən 80 dəfə incə olan çox nazik materiallardan istifadə edərək əlaqəli foton cütləri istehsal etməklə bu yanaşma problemini həll etmək üçün bir yol tapdılar. Foton cütləri arasındakı əlaqəni qorumaq üçün əlavə optik qurğuya ehtiyac duymadan bunu etdilər və ümumi quruluşu sadələşdirdilər.

Tədqiqatçılara rəhbərlik edən NTU-nun professoru Gao Weibo, “Dolaşan foton cütləri yaratmaq üçün yeni metodumuz kvant optik dolaşıq mənbələrini daha kiçik etmək üçün yol açır, bu, kvant məlumatı və fotonik kvant hesablamalarında tətbiqlər üçün kritik olacaq” dedi.

O, əlavə etdi ki, metod kvant tətbiqləri üçün cihazların ölçüsünü kiçilə bilər, çünki bu cihazların bir çoxu hazırda işləməzdən əvvəl hizalanması çətin olan böyük və həcmli optik avadanlıqlara ehtiyac duyur.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=2996406042&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1728974277&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-10-quantum-photonics-discovery-potentially-critical.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI5LjAuNjY2OC45MCIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI5LjAuNjY2OC45MCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyOS4wLjY2NjguOTAiXV0sMF0.&dt=1728971740982&bpp=1&bdt=76&idt=105&shv=r20241010&mjsv=m202410080101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Ddd084782a3980897%3AT%3D1725971170%3ART%3D1728974162%3AS%3DALNI_Ma1uv12HX_ctV-7loP2Dla_dLGslw&eo_id_str=ID%3D6cdee71e935b6dcb%3AT%3D1725971170%3ART%3D1728974162%3AS%3DAA-AfjZEH1DAbfRV50frmhACTroQ&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=3276739550811&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2468&biw=1903&bih=911&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C31087805%2C31087890%2C31087892%2C31087987%2C44795922%2C95343454%2C95344778%2C95340252%2C95340254&oid=2&pvsid=4310060702342531&tmod=365233425&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2Fpage9.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C911&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

Daha incə materiallar

Kvant kompüterlərinin iqlim dəyişikliyini daha yaxşı başa düşməkdən tutmuş mürəkkəb hesablamaları tamamlayaraq və böyük məlumat dəstlərində nümunələri tez tapmaqla yeni dərmanların daha sürətli tapılmasına qədər bir çox problemə yanaşmada inqilab edəcəyi gözlənilir. Məsələn, bu gün superkompüterlərin həlli milyonlarla il çəkəcək hesablamalar kvant kompüterləri tərəfindən bir neçə dəqiqə ərzində edilə bilər.

Bunun baş verməsi gözlənilir, çünki kvant kompüterləri standart kompüterlər kimi bir-bir yerinə yetirmək əvəzinə, eyni vaxtda bir çox hesablamalar yerinə yetirirlər.

Kvant kompüterləri eyni vaxtda həm açıq, həm də sönük vəziyyətdə ola bilən kvant bitləri və ya qubitlər adlanan kiçik açarlardan istifadə edərək hesablamalar apardıqları üçün bunu edə bilərlər. Bu, sikkəni havada fırlatmağa bənzəyir, sikkə başlar və quyruqlar arasında bir vəziyyətdədir. Bunun əksinə olaraq, standart kompüterlər hər ikisi deyil, istənilən vaxt yandırıla və ya söndürülə bilən açarlardan istifadə edirlər.

Fotonlar kvant kompüterləri üçün daha sürətli hesablamalar aparmaq üçün kubit kimi istifadə oluna bilər, çünki onlar eyni zamanda açıq və söndürülə bilər. Ancaq eyni vaxtda iki vəziyyətdə olmaq yalnız fotonların bir foton digərinə bağlı və ya dolaşıq olduğu bir cütdə istehsal edildiyi təqdirdə baş verir. Dolaşmanın vacib şərti qoşalaşmış fotonların sinxron şəkildə titrəməsidir.

Fotonların kubit kimi istifadəsinin bir üstünlüyü, onların otaq temperaturunda istehsal oluna bilmələri və bir-birinə qarışmasıdır. Beləliklə, fotonlara güvənmək, kvant hesablamaları üçün istifadə edilməzdən əvvəl kosmosun soyuqluğuna yaxın ultra aşağı temperaturlara ehtiyacı olan elektronlar kimi digər hissəciklərdən istifadə etməkdən daha asan, daha ucuz və daha praktik ola bilər.

Tədqiqatçılar bir-birinə bağlı foton cütləri yaratmaq üçün daha incə materiallar tapmağa çalışırlar ki, onlar kompüter çiplərində işlənə bilsinlər. Bununla belə, bir problem ondan ibarətdir ki, materiallar incələndikdə, daha aşağı sürətlə fotonlar istehsal edirlər ki, bu da hesablama üçün qeyri-mümkündür.

Son nailiyyətlər göstərdi ki, unikal optik və elektron xassələrə malik olan niobium oksid dixlorid adlı perspektivli yeni kristal material nazikliyinə baxmayaraq, səmərəli şəkildə foton cütləri yarada bilir. Lakin bu foton cütləri kvant kompüterləri üçün yararsızdır, çünki istehsal olunduqda bir-birinə qarışmır.

Çözüm Universitetin Elektrik və Elektron Mühəndisliyi Məktəbindən və Fizika və Riyaziyyat Elmləri Məktəbindən professor Gaonun rəhbərlik etdiyi NTU alimləri tərəfindən Material Elmləri və Mühəndislik Məktəbindən professor Liu Zheng ilə əməkdaşlıqda tapılıb.

Ənənə ilə qığılcım

Professor Qaonun həlli 1999-cu ildə nəşr olunan daha qalın və daha həcmli kristal materiallarla dolaşıq foton cütləri yaratmaq üçün müəyyən edilmiş metoddan ilhamlanıb. Bu, qalın kristalların iki lopasını bir yerə yığmaq və hər bir lopanın kristal dənələrinin bir-birinə perpendikulyar şəkildə yerləşdirilməsini nəzərdə tutur.

Bununla birlikdə, bir cütdə istehsal olunan fotonların titrəmələri, yaradıldıqdan sonra qalın kristallar içərisində necə hərəkət etdiyinə görə hələ də sinxronlaşdırıla bilməz. Buna görə də, işıq hissəcikləri arasında əlaqəni saxlamaq üçün foton cütlərini sinxronlaşdırmaq üçün əlavə optik avadanlıq lazımdır.

Professor Gao, oxşar iki kristal quruluşun əlavə optik alətlər tələb etmədən əlaqəli fotonları istehsal etmək üçün birləşmiş qalınlığı 1,2 mikrometr olan iki nazik niobium oksid diklorid kristal lopa ilə istifadə edilə biləcəyini nəzəriyyə etdi.

O, bunun baş verəcəyini gözləyirdi, çünki istifadə edilən lopa əvvəlki tədqiqatlardan daha iri kristallardan daha nazikdir. Nəticədə, istehsal olunan foton cütləri niobium oksidi diklorid lopaları içərisində daha kiçik bir məsafə qət edir, beləliklə, işıq hissəcikləri bir-biri ilə sinxron qalır. NTU Sinqapur komandasının təcrübələri onun təxmininin doğru olduğunu sübut etdi.

Fotonik üzrə ixtisaslaşmış və NTU-nun tədqiqatında iştirak etməyən Finlandiyanın Aalto Universitetindən professor Sun Zhipei dedi ki, dolaşıq fotonlar bir-birindən nə qədər uzaq olsalar da, eyni vaxtı göstərən sinxron saatlara bənzəyirlər və beləliklə, ani ünsiyyəti təmin edə bilirlər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=1585656174&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1728974293&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-10-quantum-photonics-discovery-potentially-critical.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI5LjAuNjY2OC45MCIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI5LjAuNjY2OC45MCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyOS4wLjY2NjguOTAiXV0sMF0.&dt=1728971740983&bpp=1&bdt=76&idt=126&shv=r20241010&mjsv=m202410080101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Ddd084782a3980897%3AT%3D1725971170%3ART%3D1728974162%3AS%3DALNI_Ma1uv12HX_ctV-7loP2Dla_dLGslw&eo_id_str=ID%3D6cdee71e935b6dcb%3AT%3D1725971170%3ART%3D1728974162%3AS%3DAA-AfjZEH1DAbfRV50frmhACTroQ&prev_fmts=0x0%2C750x188%2C1005x124&nras=2&correlator=3276739550811&frm=20&pv=1&tl=az&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=5975&biw=1903&bih=911&scr_x=0&scr_y=2380&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C31087805%2C31087890%2C31087892%2C31087987%2C44795922%2C95343454%2C95344778%2C95340252%2C95340254&oid=2&psts=AOrYGsnpx1R09UCjKPcOAHq21LI92BR6XXhMLcTVyXTMGLt8mWAOXHDfZi2U1ELXAVOAiAqbBIp5Im9G-0KUXSfwBruHVXWmp2xUvA8V8xwBX4FEOZmTRw%2CAOrYGsk3-3NhwbuFfMYRERzUw48nBF0MHh5mV9-fFMZMvcBlZ93nNGAURzwB9efMqushUaMVf9zQSJE2LRZEgNB9Fp7JgEiz&pvsid=4310060702342531&tmod=365233425&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2Fpage9.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C911&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=M

O, əlavə etdi ki, NTU komandasının kvant dolaşıq fotonları yaratmaq üsulu “kvant texnologiyalarının miniatürləşdirilməsinə və inteqrasiyasına potensial imkan verən böyük bir irəliləyişdir”.

Finlandiyanın Kvant Texnologiyaları üzrə Mükəmməllik Mərkəzinin Tədqiqat Şurasının əsas müstəntiqi Prof Sun, “Bu inkişaf kvant hesablamalarının və təhlükəsiz rabitənin inkişafında potensiala malikdir, çünki o, daha yığcam, genişlənən və səmərəli kvant sistemlərinə imkan verir”.

NTU komandası indi mümkün olduğundan daha çox əlaqəli foton cütləri yaratmaq üçün qurğularının dizaynını daha da optimallaşdırmağı planlaşdırır .

Bəzi fikirlər, niobium oksidi diklorid lopalarının səthinə kiçik naxışların və yivlərin daxil edilməsinin istehsal olunan foton cütlərinin sayını artıra biləcəyini araşdırmaqdan ibarətdir. Digəri, niobium oksidi diklorid lopalarının digər materiallarla yığılmasının foton istehsalını artıra biləcəyini araşdıracaq.

Ətraflı məlumat: Van der Waals kvantla dolaşıq foton nəsli üçün mühəndislik, Nature Photonics (2024) DOI: 10.1038/s41566-024-01545-5

Jurnal məlumatı: Nature Photonics 

Nanyang Texnoloji Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir