Kvant informasiya sistemləri dünyanın ən çətin problemlərinin bir çoxunun həllinə kömək etmək üçün standart kompüterlərdən daha sürətli, daha güclü hesablama üsulları təklif edir. Yenə də bu son vədi yerinə yetirmək üçün elm adamlarının hələ qurmadıqlarından daha böyük və bir-biri ilə əlaqəli kvant kompüterləri tələb olunacaq. Kvant sistemlərini daha böyük ölçülərə çatdırmaq və bir çox sistemi birləşdirmək çətin oldu.

İndi Çikaqo Universitetinin Pritzker Molekulyar Mühəndislik Məktəbinin (PME) tədqiqatçıları kvant hesablamaları, simulyasiyalar və şəbəkələr üçün qabaqcıl sistemlər əldə etmək üçün iki güclü texnologiyanı – tutmuş atom massivlərini və fotonik cihazları birləşdirməyi kəşf etdilər. Yeni kombinasiya, ayrı-ayrı atom massivlərini bir-birinə bağlamaq üçün fotoniklərdən istifadə etməklə asanlıqla genişləndirilə bilən böyük kvant sistemlərinin qurulmasına imkan verəcək.

Nature Communications jurnalında dərc olunan Molekulyar Mühəndislik professoru və yeni işin baş müəllifi Hannes Bernien, “Biz keçmişdə həqiqətən bir-biri ilə çox əlaqəsi olmayan iki texnologiyanı birləşdirdik” dedi . “Kvant sistemlərini bu şəkildə necə miqyaslaya biləcəyimizi görmək təkcə əsaslı şəkildə maraqlı deyil, həm də bir çox praktik tətbiqlərə malikdir.”

Optik cımbızlarda sıxışdırılmış neytral atom massivləri – atomları yerində saxlaya bilən yüksək fokuslanmış lazer şüaları – kvant prosessorlarının qurulmasının getdikcə populyar bir yoludur. Neytral atomların bu torları, müəyyən bir ardıcıllıqla həyəcanlandıqda, minlərlə kubitə qədər ölçülə bilən mürəkkəb kvant hesablamasına imkan verir. Bununla belə, onların kvant vəziyyətləri kövrəkdir və məlumatlarını fotonlar şəklində toplamaq məqsədi daşıyan fotonik cihazlar da daxil olmaqla, asanlıqla pozula bilər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1721802805&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-07-combining-atoms-photonics-quantum-devices.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90L0EpQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNi4wLjY0NzguMTgzIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiXV0sMF0.&dt=1721801870963&bpp=9&bdt=1811&idt=487&shv=r20240722&mjsv=m202407180101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D4affe4131dd5dd5c%3AT%3D1721801852%3ART%3D1721802631%3AS%3DALNI_MbUC-Ae2mgUQk_YcX7zH0MS_3PKkA&eo_id_str=ID%3D88459bb7dce951d5%3AT%3D1721801852%3ART%3D1721802631%3AS%3DAA-AfjbtvqJSL4Gv5AGhtgiPqyom&prev_fmts=0x0%2C1423x739&nras=2&correlator=2550898519171&frm=20&pv=1&ga_vid=994546572.1721801825&ga_sid=1721801871&ga_hid=470607955&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=1964&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759842%2C42531705%2C44798934%2C95334525%2C95334830%2C95337026%2C95337870%2C95338248%2C95336522%2C95331953%2C21065725%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=1936177952669176&tmod=370222706&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

“Atom massivlərini fotonik cihazlara qoşmaq texnologiyalardakı əsas fərqlərə görə olduqca çətin idi. Atom massiv texnologiyası onların yaradılması və hesablanması üçün lazerlərə əsaslanır.” PME aspirantı və yeni işin ilk həmmüəllifi Şankar Menon dedi. “Sistemi yarımkeçirici və ya fotonik çiplə təmasda edən kimi lazerlər səpələnir və atomların tutulması, aşkarlanması və hesablanması ilə bağlı problemlər yaradır.”

Yeni işdə Bernien qrupu atom massivlərinin fotonik çiplərlə əlaqə saxlamasına imkan verən yeni yarı açıq çip həndəsəsini işləyib hazırladı və bu çətinlikləri dəf etdi. Yeni platforma ilə kvant hesablamaları hesablama bölgəsində həyata keçirilə bilər və sonra arzu olunan məlumatları ehtiva edən atomların kiçik bir hissəsi fotonik çip inteqrasiyası üçün yeni qarşılıqlı əlaqə bölgəsinə köçürülür.

“Bizim atomların hərəkət edə biləcəyi iki ayrı bölgəmiz var, biri hesablama üçün fotonik çipdən uzaqda, digəri isə çoxsaylı atom massivlərini bir-birinə bağlamaq üçün fotonik çipin yaxınlığında”, – PME aspirantı, birinci müəllif Noah Qlaçman izah etdi. “Bu çipin dizaynı, atom massivinin hesablama bölgəsi ilə minimal qarşılıqlı əlaqəyə malikdir.”

Qarşılıqlı əlaqə bölgəsində qubit fotonu çıxara bilən mikroskopik fotonik cihazla qarşılıqlı əlaqədə olur. Daha sonra foton optik liflər vasitəsilə digər sistemlərə ötürülə bilər. Nəhayət, bu o deməkdir ki, bir çox atom massivləri bir massivlə mümkün olduğundan daha böyük kvant hesablama platforması yaratmaq üçün bir-birinə bağlana bilər .

Xüsusilə sürətli hesablama qabiliyyətinə səbəb ola biləcək yeni sistemin əlavə gücü ondan ibarətdir ki, bir çox nanofotonik boşluqlar eyni vaxtda bir atom massivinə qoşula bilər.

“Bizdə eyni anda yüzlərlə bu boşluq ola bilər və onların hamısı eyni anda kvant məlumatı ötürə bilər” dedi Menon. “Bu, bir-birinə bağlı modullar arasında məlumatın paylaşılması sürətinin kütləvi artmasına gətirib çıxarır.”

Komanda bir atomu tutmağın və onu bölgələr arasında hərəkət etdirməyin mümkünlüyünü göstərsə də, nanofotonik boşluqlardan fotonların toplanması və uzun məsafələrdə dolaşıqların yaranması da daxil olmaqla, prosesin digər addımlarına baxan gələcək tədqiqatları planlaşdırırlar.

Ətraflı məlumat: Şankar G. Menon və digərləri, Fonsuz görüntüləmə ilə inteqrasiya olunmuş atom massivi-nanofotonik çip platforması, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50355-4

Jurnal məlumatı: Nature Communications 

Çikaqo Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir