Stanford fizikçileri seste kuantum sıçramasını ilk kez gözlemledi

Stanford'lı fizikçilerden oluşan bir ekip, çip boyutundaki bir kristal çubuğun içinde fonon olarak bilinen tek bir titreşim biriminin bir enerji seviyesinden diğerine düştüğü anı yakalayarak seste kuantum sıçramasının ilk doğrudan gözlemini gerçekleştirdi. Science dergisinde yayımlanan bulgular, geçmişi bir asırdan fazla süreye dayanan bir araştırma sürecini tamamlıyor ve kuantum hesaplama ile algılama için yeni yollar açıyor.science

Asırlık Öngörü Nihayet Seste Kanıtlandı

Enerji durumları arasındaki ani ve kesikli geçişler olan kuantum sıçramaları, ilk olarak 1900'lerin başında teorileştirilmişti. Bilim insanları bunları 1986'da hapsedilmiş iyonlarda, 2007'de ise fotonlarda göstermiş olsalar da ses şimdiye kadar ulaşılamaz kalmıştı. Uygulamalı fizik doçenti Amir Safavi-Naeini liderliğindeki Stanford ekibi, fononun enerji durumunu iki milisaniyelik bir pencerede yüzlerce kez kontrol edebilen, süperiletken bir kübitle eşleştirilmiş lityum niyobat kristalinden mikroskobik bir mekanik rezonatör üretti.humsci.stanford

"Bu çalışmanın gösterdiği şey, ses kullanarak yeni kuantum teknolojileri geliştirme yolunda ilerlememizi sağlayacak," dedi Safavi-Naeini. "Titreşen nesnelerin, kuantum hesaplama ve algılama için gereken manyetik işlemlerin ön koşulu olan kuantum davranışı sergileyebildiğini gördük."humsci.stanford

Rezonatör yaklaşık 2,1 milisaniye boyunca titreşiyor: ekip, aynı yeteneğe sahip normal boyutlu bir diyapazonun saatlerce çınlayacağı kadar uzun bir süre olduğunu belirtiyor. Ortak ilk yazarlar Takuma Makihara ve Erik Szakiel, kristal çubuğu süperiletken bir devrenin sadece 75 nanometre üzerine yerleştiren ve fonon durumunu bozmadan okuyacak kadar yakınlaştıran bir üretim yöntemi geliştirdi. Makihara, "Bu son derece uzun ömürlü, titreşen nesneyi üretmek ve ardından her iki alt sisteme de zarar vermeden onu küçük elektriksel dedektörümüz olan kübitle entegre etmek için sürekli yeni süreçler geliştirmek zorunda kaldık," dedi.earth+1

Gözlemden Hata Düzeltmeye

Pratik sonuçlar son derece yakın. Birçok kuantum hesaplama mimarisinde kuantum sıçraması bir hatayı, yani hesaplama sırasında bilgi sızmasını temsil eder. Bu tür hataların ne zaman meydana geldiğini tespit etmek, bu alan için kalıcı bir engel olmuştur. Stanford cihazı sadece bu kaybı tespit etmekle kalmıyor, aynı zamanda kalan kuantum durumunu da bozmadan koruyor: bu da gerçek zamanlı hata düzeltme için bir ön koşul.earth+1

Ekip, bu platformu şimdiden bilgisayarların ötesinde de uyguluyor. Araştırmacılar, Caltech'ten fizikçi Michael Roukes'un grubuyla iş birliği içinde, hücrelerdeki proteinleri tespit etmek ve tanımlamak için rezonatörü kullanıyor. Szakiel, "Bu durum, ses üzerinde inanılmaz derecede hassas bir kontrole sahip olabileceğimizi gösteriyor: bu da sesi temel bir teknoloji olarak kullanan cihazların çok daha iyi hale gelebileceği anlamına gelebilir," dedi.humsci.stanford

Laboratuvar bir sonraki adımda, ortak bir kübit üzerinde iki rezonatör çubuğu olan bir cihaz inşa etmeyi planlıyor; burada her iki çubuktan bir fonon kaybı, sessiz bir bozulma yerine işaretlenmiş bir hata olarak kaydedilecek. Bu da mimari hata düzeltmenin gerektirdiği yapıya bir adım daha yaklaşılması anlamına geliyor.earth