Kuantum bilgisayarlar, günümüz makineleri için çok karmaşık olan sorunları ele almak için üretilmiştir. Uyuşturucu geliştirme, şifreleme, AI ve lojistik gibi alanlarda büyük ilerlemelere yol açabilirler.
Fotoğraf: Chalmers Üniversitesi Teknoloji
Şimdi, İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, yalnızca kubitlerden veri okurken açılan yeni bir amplifikatör türü geliştirdiler. Akıllı tasarımı nedeniyle, şu anda mevcut olan en iyi amplifikatörlerin sadece onda birini kullanıyor. Bu, kubitlere müdahaleyi azaltmaya yardımcı olur ve daha büyük, daha güçlü kuantum bilgisayarlar oluşturmayı mümkün kılabilir.
Geleneksel bilgisayarlar, 0 veya 1 olabilen bitler kullanır. Kuantum bilgisayarlar, 0, 1 veya her ikisinin de aynı anda herhangi bir kombinasyonu olabilen kubit kullanır. Bu süperpozisyon olarak bilinir. 20 kubitli bir kuantum bilgisayarın aynı anda bir milyondan fazla farklı durumu temsil etmesine izin verir. Süperpozisyon, kuantum bilgisayarların en güçlü süper bilgisayarların bile çözemediği sorunlarla başa çıkabilmesinin temel nedenlerinden biridir.
Amplifikatörler gereklidir, ancak sorun yaratırlar
Bir kuantum bilgisayarı kullanmak için kubitleri ölçmeli ve sinyallerini okunabilir bir şeye dönüştürmelisiniz. Bu, zayıf sinyalleri almak için son derece hassas mikrodalga amplifikatörler gerektirir. Ancak kuantum verilerini okumak zor. Sıcaklık, arka plan gürültüsü veya elektromanyetik parazitteki küçük değişiklikler kubitleri bozabilir ve verileri silebilir. Amplifikatörler soruna katkıda bulunur, çünkü kubitlerin kuantum durumlarını kaybetmesine neden olabilir. Bu sürece ayrışma denir. Bu yüzden araştırmacılar her zaman daha az güç kullanan ve daha az ısı üreten amplifikatörler oluşturmanın yollarını arıyorlar.
Şimdi, Chalmers Üniversitesi’ndeki bir ekip yeni, çok daha verimli bir amplifikatör ile ilerleme kaydetti.
“Bu, bugün transistörler kullanılarak inşa edilebilecek en hassas amplifikatördür. Şimdi güç tüketimini bugünün en iyi amplifikatörlerin sadece onda birine indirmeyi başardık-performansdan ödün vermeden. Bu atılımın gelecekte kubitlerin daha doğru okunmasını sağlayacağına inanıyoruz ve inanıyoruz” diyor Yin Zeng, ilk otobüsünde bir doktora öğrencisi, doktora öğrencisi olarak bir doktora öğrencisi, doktora öğrencisi. “Kabit okuma için darbeli HEMT LNA çalışması” çalışması.
Daha büyük kuantum bilgisayarlar oluşturmak için önemli bir adım
Bu yeni amplifikatör, kuantum bilgisayarları daha büyük hale getirmede önemli bir rol oynayabilir, şu anda olduğundan daha fazla kubit. Chalmers, yıllardır bu zorluk üzerinde bir ulusal araştırma programı olan Wallenberg Kuantum Teknolojisi Merkezi aracılığıyla çalışıyor.
Bir kuantum bilgisayarı ne kadar çok kubit yaparsa, o kadar güçlü olur ve karmaşık problemleri o kadar iyi halledebilir. Ancak ölçeklendirmek aynı zamanda güç kullanımını artıran daha fazla amplifikatör eklemek anlamına gelir. Bu ekstra güç ısı ve gürültü üretebilir, bu da kubitleri sabit tutmayı zorlaştırır.
Chalmers ve Yin Zeng’in ana süpervizöründe mikrodalga elektroniği profesörü Jan Grahn, “Bu çalışma, bu kupit amplifikatörler tarafından üretilen ısının büyük bir sınırlayıcı faktör oluşturduğu kuantum bilgisayarların gelecekteki yükseltilmesinde bir çözüm sunuyor” diyor.
Yalnızca gerektiğinde etkinleştirildi
Diğer düşük gürültülü amplifikatörlerden farklı olarak, Chalmers araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni amplifikatör nabız olarak çalıştırılır, yani her zaman açılmak yerine kubit amplifikasyonu için gerektiğinde etkinleştirilir.
Jan Grahn, “Bu, nabız operasyonunda, performansı etkilemeyen ve büyük ölçüde azaltılmış güç tüketimine kıyasla büyük ölçüde azaltılmış güç tüketimine kıyasla düşük gürültülü yarı iletken amplifikatörlerin ilk gösterisidir” diyor.
Kuantum bilgisi darbelerde iletildiğinden, temel zorluklardan biri, amplifikatörün kubit okumasına ayak uyduracak kadar hızlı bir şekilde etkinleştirilmesini sağlamaktı. Chalmers ekibi, amplifikatörün çalışmasını geliştiren bir algoritma kullanarak akıllı bir amplifikatör tasarlayarak bunu ele aldı. Yaklaşımlarını doğrulamak için, darbe ile çalışan düşük gürültülü bir mikrodalga amplifikatörünün gürültüsünü ve amplifikasyonunu ölçmek için yeni bir teknik geliştirdiler.
Yin Zeng, “Amplifikatörün akıllı kontrolünü sağlamak için genetik programlama kullandık. Sonuç olarak, sadece 35 nanosaniyede gelen kubbit nabzına çok daha hızlı yanıt verdi” diyor Yin Zeng.