Harvard-MIT Quantum Computing Atılımı – “Kuantum Dünyasının Tamamen Yeni Bir Parçasına Giriyoruz”
Ekip, türünün şimdiye kadar yaratılmış en büyüğü olan 256 kübitlik bir simülatör geliştiriyor.
Harvard-MIT Ultracold Atoms Merkezi ve diğer üniversitelerden bir fizikçi ekibi, 256 kuantum biti veya “kübit” ile çalışabilen programlanabilir bir kuantum simülatörü olarak bilinen özel bir tür kuantum bilgisayar geliştirdi.
Sistem, bir dizi karmaşık kuantum işlemine ışık tutmak için kullanılabilecek ve nihayetinde malzeme bilimi, iletişim teknolojileri, finans ve diğer birçok alanda gerçek dünya atılımlarının gerçekleştirilmesine yardımcı olmak için kullanılabilecek büyük ölçekli kuantum makineleri oluşturmaya yönelik büyük bir adımı işaret ediyor. günümüzün en hızlı süper bilgisayarlarının bile yeteneklerinin ötesinde olan araştırma engellerini aşmak. Qubit’ler, kuantum bilgisayarların üzerinde çalıştığı temel yapı taşları ve muazzam işlem güçlerinin kaynağıdır.
Harvard Kuantum Girişimi’nin eş direktörü ve çalışmanın kıdemli yazarlarından biri olan George Vasmer Leverett Fizik Profesörü Mikhail Lukin, “Bu, alanı şimdiye kadar hiç kimsenin gitmediği yeni bir alana taşıyor” dedi. 7 Temmuz 2021’de dergide yayınlandı Doğa. “Kuantum dünyasının tamamen yeni bir bölümüne giriyoruz.”
Fen Bilimleri Enstitüsü’nde fizik öğrencisi ve çalışmanın baş yazarı olan Sepehr Ebadi’ye göre, sistemin benzeri görülmemiş boyutu ve programlanabilirliğinin birleşimi, onu bir kuantum bilgisayar yarışının en uç noktasına yerleştiriyor. İşlem gücünü büyük ölçüde artırmak için maddenin gizemli özelliklerini son derece küçük ölçeklerde. Doğru koşullar altında, kübitlerdeki artış, sistemin standart bilgisayarların üzerinde çalıştığı klasik bitlerden katlanarak daha fazla bilgi depolayabileceği ve işleyebileceği anlamına gelir.
Ebadi, sistemin devasa boyutunu açıklayarak, “Sadece 256 kübit ile mümkün olan kuantum durumlarının sayısı, güneş sistemindeki atomların sayısını aşıyor” dedi.
Simülatör, şimdiden araştırmacıların, maddenin daha önce deneysel olarak hiç gerçekleştirilmemiş olan birkaç egzotik kuantum durumunu gözlemlemelerine ve manyetizmanın kuantum seviyesinde nasıl çalıştığının ders kitabı örneği olarak hizmet edecek kadar hassas bir kuantum faz geçiş çalışması gerçekleştirmesine izin verdi.
Bu deneyler, malzeme özelliklerinin altında yatan kuantum fiziği hakkında güçlü bilgiler sağlar ve bilim adamlarına egzotik özelliklere sahip yeni malzemelerin nasıl tasarlanacağını göstermeye yardımcı olabilir.
Proje, araştırmacıların 2017 yılında geliştirdiği ve 51 kübit boyutuna ulaşabilen bir platformun önemli ölçüde yükseltilmiş bir versiyonunu kullanıyor. Bu eski sistem, araştırmacıların ultra-soğuk rubidyum atomlarını yakalamasına ve optik cımbız adı verilen tek boyutlu, ayrı ayrı odaklanmış lazer ışınları kullanarak belirli bir düzende düzenlemesine izin verdi.
Bu yeni sistem, atomların iki boyutlu optik cımbız dizilerinde birleştirilmesine izin veriyor. Bu, ulaşılabilir sistem boyutunu 51’den 256 kübit’e çıkarır. Araştırmacılar, cımbızları kullanarak atomları hatasız desenlerde düzenleyebilir ve kübitler arasında farklı etkileşimler oluşturmak için kare, petek veya üçgen kafesler gibi programlanabilir şekiller oluşturabilir.
Ebadi, “Bu yeni platformun çalışma gücü, yüzlerce ayrı ayrı odaklanmış optik cımbız ışını üretmek için bir optik dalga cephesini şekillendirmek için kullanılan uzamsal ışık modülatörü adı verilen bir cihazdır” dedi. “Bu cihazlar, görüntüleri bir ekranda görüntülemek için bir bilgisayar projektörünün içinde kullanılanlarla temelde aynıdır, ancak onları kuantum simülatörümüzün kritik bir bileşeni olacak şekilde uyarladık.”
Atomların optik cımbızlara ilk yüklenmesi rastgeledir ve araştırmacılar atomları hedef geometrilerine yerleştirmek için hareket ettirmelidir. Araştırmacılar, atomları istenen konumlara sürüklemek için ikinci bir hareketli optik cımbız seti kullanıyor ve başlangıçtaki rastgeleliği ortadan kaldırıyor. Lazerler, araştırmacılara atomik kübitlerin konumlandırılması ve bunların tutarlı kuantum manipülasyonu üzerinde tam kontrol sağlar.
Araştırmanın diğer kıdemli yazarları arasında, projede Massachusetts Teknoloji Enstitüsü Profesörü Vladan Vuletić ile birlikte çalışan Harvard Profesörleri Subir Sachdev ve Markus Greiner ve Stanford, California Berkeley Üniversitesi, Avusturya’daki Innsbruck Üniversitesi, Avusturyalı bilim adamları yer alıyor. Bilimler Akademisi ve Boston’daki QuEra Computing Inc.
Harvard’da fizik araştırma görevlisi ve makalenin yazarlarından biri olan Tout Wang, “Çalışmamız, daha büyük ve daha iyi kuantum bilgisayarlar oluşturmak için gerçekten yoğun, yüksek görünürlüklü küresel bir yarışın parçası” dedi. “Genel çaba [beyond our own] Google, IBM, Amazon ve diğer birçok önemli özel sektör yatırımına dahil olan en iyi akademik araştırma kurumlarına sahiptir.”
Araştırmacılar şu anda kübitler üzerindeki lazer kontrolünü geliştirerek ve sistemi daha programlanabilir hale getirerek sistemi geliştirmek için çalışıyorlar. Ayrıca, kuantum maddenin egzotik formlarını araştırmaktan kübitler üzerinde doğal olarak kodlanabilen zorlu gerçek dünya problemlerini çözmeye kadar sistemin yeni uygulamalar için nasıl kullanılabileceğini aktif olarak araştırıyorlar.
Ebadi, “Bu çalışma çok sayıda yeni bilimsel yönü mümkün kılıyor” dedi. “Bu sistemlerle yapılabileceklerin sınırına yakın değiliz.”
Referans: Sepehr Ebadi, Tout T. Wang, Harry Levine, Alexander Keesling, Giulia Semeghini, Ahmed Omran, Dolev Bluvstein, Rhine Samajdar, Hannes Pichler, Wen Wei Ho, “256 atomlu programlanabilir kuantum simülatöründe maddenin kuantum fazları”, Soonwon Choi, Subir Sachdev, Markus Greiner, Vladan Vuletić ve Mikhail D. Lukin, 7 Temmuz 2021, Doğa.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03582-4
Bu çalışma Ultracold Atomlar Merkezi, Ulusal Bilim Vakfı, Vannevar Bush Fakültesi Bursu, ABD Enerji Bakanlığı, Deniz Araştırmaları Ofisi, Ordu Araştırma Ofisi MURI ve DARPA ONISQ programı tarafından desteklenmiştir.
.
Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN