Moleküller, ultra yüksek hızlı deneysel teknolojiyi daha da hızlı hale getirme potansiyeline sahip olmalarına rağmen, kuantum hesaplamada kullanılmamıştır. Zengin iç yapıları çok karmaşık, çok narin, yönetilemeyecek kadar öngörülemez, bu nedenle daha küçük parçacıklar kullanılmıştır.
Ancak bir Bilim bilim adamları ekibi, kuantum operasyonlarını gerçekleştirmek için molekülleri hapsetmeyi ilk kez başardı. Bu başarı, ultra soğuk polar molekülleri kubit olarak veya teknolojiyi güçlendiren temel bilgi birimleri kullanılarak gerçekleştirildi. Son zamanlarda Nature dergisinde yayınlanan bulgular, gelecekteki uygulamalar için moleküler yapıların karmaşıklığını kullanmak için yeni olasılık alanları açıyor.
Theodore William Richards Kimya Profesörü ve Fizik Profesörü Kıdemli Başkan Kang-Kuen NI, “Bir alan olarak bunu 20 yıldır yapmaya çalışıyoruz” dedi. “Ve sonunda yapabildik!”
Fizikçiler ve mühendisler onlarca yıldır kuantum bilgi işlem geliştirmek için çalışıyorlar. Kuantum mekaniğinin hesaplama için yönlerini kullanan teknoloji, tıp, bilim ve finans dahil alanlardaki oyun değiştirme ilerlemelerini sağlayabilecek klasik bilgisayarlardan katlanarak daha hızlı hızlar vaat ediyor.
Araştırmacılar, stabil ve son derece soğuk bir ortamda optik cımbızlarla sodyum cezyum (NAC) moleküllerini hapseterek başladı. Moleküller arasındaki elektrik dipol-dipol (veya pozitif negatif) etkileşimleri daha sonra bir kuantum operasyonunu gerçekleştirmek için kullanıldı. Moleküllerin birbirine göre nasıl döndüğünü dikkatlice kontrol ederek, ekip iki molekülü çevrelemeyi başardı ve yüzde 94 doğruluğa sahip iki kbit çan durumu olarak bilinen bir kuantum durumu yarattı.
Mantık kapılar, tıpkı geleneksel bilgisayarlarda olduğu gibi kuantum bilgisayarlarda bilgi işlemeyi mümkün kılar. Ancak klasik kapılar ikili bitleri (0 ve 1s) manipüle ederken, kuantum kapılar kubitlerde çalışır – bu da aynı anda birden fazla eyalette mevcut olan süperpozisyonlar olarak adlandırılan şeyi başarabilir. Bu, kuantum bilgisayarların ilk etapta dolaşmış durumlar yaratmak veya hatta aynı anda birden fazla hesaplama durumunda işlem yapmak gibi geleneksel makineler için imkansız olan şeyleri yapabileceği anlamına gelir.
Kuantum kapılar da tersinirdir ve kuantum doğalarını korurken kubitleri hassasiyetle manipüle edebilir. Bu deneyde kullanılan ISWAP kapısı, iki kubitin durumlarını değiştirdi ve faz kayması olarak adlandırılan şeyi uyguladı, bu da iki kubit durumlarının aradaki mesafeden bağımsız olarak ilişkili hale geldiği dolaşıklık oluşturmada önemli bir adım.
“Çalışmamız tuzağa düşmüş molekül teknolojisinde bir kilometre taşını işaret ediyor ve moleküler kuantum bilgisayarı oluşturmak için gerekli son yapı taşıdır” dedi. “Zengin iç yapıları gibi moleküllerin benzersiz özellikleri, bu teknolojileri ilerletmek için birçok fırsat sunuyor.”
Bilim adamları, kuantum bilgi işlem için nükleer spinleri ve nükleer manyetik rezonans teknikleriyle moleküler sistemleri kullanma moleküler sistemleri hayal ettiler. Bir dizi erken deney, cesaret verici sonuçlar gösterdi, ancak moleküller, öngörülemeyen hareketleri nedeniyle kuantum operasyonlarında kullanım için genellikle kararsız olduğunu kanıtladı. Bu, güvenilir işlemler için gerekli olan hassas kuantum durumu olan tutarlılığa müdahale edebilir.
Ancak molekülün karmaşık iç yapılarının kontrol edilebileceği ultra soğuk ortamlarda moleküllerin yakalanması, bu engelin üstesinden gelmeye yardımcı olur. Bu molekülleri optik cımbızlarla tuttuktan sonra – küçük nesneleri kontrol etmek için tam olarak odaklanmış lazerlerle – araştırmacılar moleküllerin hareketini en aza indirebiliyor ve kuantum durumlarını manipüle edebildiler.
Bu atılımı mümkün kılmak, Lewis RB Picard, Annie J. Park, Gabriel E. Patenotte ve Samuel Gebretsadkan dahil olmak üzere Ni'nin laboratuvarının birkaç üyesi ve Colorado Üniversitesi Kuantum Maddesi Merkezi'ne fizikçilerdi.
Tüm operasyonu değerlendirmek için, araştırma ekibi sonuçta ortaya çıkan iki küstah çan durumunu ölçtü ve meydana gelen herhangi bir hareketin neden olduğu hataları inceledi. Bu, onları gelecekteki deneylerde kurulumlarının istikrarını ve doğruluğunu artırmak için fikirlerle bıraktı. Etkileşen ve etkileşime girmeyen durumlar arasında geçiş yapmak, araştırmacıların deneylerini dijitalleştirmelerini sağlayarak ek bilgiler sağladı.
Ni, “Moleküler platformun avantajlarından nasıl yararlanılacağı konusunda yenilikler ve yeni fikirler için çok fazla yer var” dedi. “Bundan ne çıktığını görmek için heyecanlıyım.”
Bu araştırma, Bilimsel Araştırmalar Hava Kuvvetleri, Ulusal Bilim Vakfı, Fizik Sınır Merkezi ve Üniversite Araştırma Girişimi Multidisipliner Araştırma Programı dahil olmak üzere birçok kaynak tarafından desteklenmiştir.
Ancak bir Bilim bilim adamları ekibi, kuantum operasyonlarını gerçekleştirmek için molekülleri hapsetmeyi ilk kez başardı. Bu başarı, ultra soğuk polar molekülleri kubit olarak veya teknolojiyi güçlendiren temel bilgi birimleri kullanılarak gerçekleştirildi. Son zamanlarda Nature dergisinde yayınlanan bulgular, gelecekteki uygulamalar için moleküler yapıların karmaşıklığını kullanmak için yeni olasılık alanları açıyor.
Theodore William Richards Kimya Profesörü ve Fizik Profesörü Kıdemli Başkan Kang-Kuen NI, “Bir alan olarak bunu 20 yıldır yapmaya çalışıyoruz” dedi. “Ve sonunda yapabildik!”
Fizikçiler ve mühendisler onlarca yıldır kuantum bilgi işlem geliştirmek için çalışıyorlar. Kuantum mekaniğinin hesaplama için yönlerini kullanan teknoloji, tıp, bilim ve finans dahil alanlardaki oyun değiştirme ilerlemelerini sağlayabilecek klasik bilgisayarlardan katlanarak daha hızlı hızlar vaat ediyor.
Kuantum bilgi işlem dünyasına hakim olan, sıkışmış iyonlar, nötr atomlar ve süper iletken devreler ile deneylerdir. Bu sistemlerde, küçük ayrı parçacıklar kubit olarak hizmet etmek ve kuantum mantık kapıları oluşturmak için güvenilir bir şekilde sıkışabilir. Bilim ekibinin makalesi, bir ISWAP kapısı oluşturmak için molekülleri kullanmaya dahil olan çok daha karmaşık süreci, dolaşım yaratan anahtar bir kuantum devresi olan kuantum hesaplamasını bu kadar güçlü hale getiren özellik.
Araştırmacılar, stabil ve son derece soğuk bir ortamda optik cımbızlarla sodyum cezyum (NAC) moleküllerini hapseterek başladı. Moleküller arasındaki elektrik dipol-dipol (veya pozitif negatif) etkileşimleri daha sonra bir kuantum operasyonunu gerçekleştirmek için kullanıldı. Moleküllerin birbirine göre nasıl döndüğünü dikkatlice kontrol ederek, ekip iki molekülü çevrelemeyi başardı ve yüzde 94 doğruluğa sahip iki kbit çan durumu olarak bilinen bir kuantum durumu yarattı.
Mantık kapılar, tıpkı geleneksel bilgisayarlarda olduğu gibi kuantum bilgisayarlarda bilgi işlemeyi mümkün kılar. Ancak klasik kapılar ikili bitleri (0 ve 1s) manipüle ederken, kuantum kapılar kubitlerde çalışır – bu da aynı anda birden fazla eyalette mevcut olan süperpozisyonlar olarak adlandırılan şeyi başarabilir. Bu, kuantum bilgisayarların ilk etapta dolaşmış durumlar yaratmak veya hatta aynı anda birden fazla hesaplama durumunda işlem yapmak gibi geleneksel makineler için imkansız olan şeyleri yapabileceği anlamına gelir.
Kuantum kapılar da tersinirdir ve kuantum doğalarını korurken kubitleri hassasiyetle manipüle edebilir. Bu deneyde kullanılan ISWAP kapısı, iki kubitin durumlarını değiştirdi ve faz kayması olarak adlandırılan şeyi uyguladı, bu da iki kubit durumlarının aradaki mesafeden bağımsız olarak ilişkili hale geldiği dolaşıklık oluşturmada önemli bir adım.
“Çalışmamız tuzağa düşmüş molekül teknolojisinde bir kilometre taşını işaret ediyor ve moleküler kuantum bilgisayarı oluşturmak için gerekli son yapı taşıdır” dedi. “Zengin iç yapıları gibi moleküllerin benzersiz özellikleri, bu teknolojileri ilerletmek için birçok fırsat sunuyor.”
Bilim adamları, kuantum bilgi işlem için nükleer spinleri ve nükleer manyetik rezonans teknikleriyle moleküler sistemleri kullanma moleküler sistemleri hayal ettiler. Bir dizi erken deney, cesaret verici sonuçlar gösterdi, ancak moleküller, öngörülemeyen hareketleri nedeniyle kuantum operasyonlarında kullanım için genellikle kararsız olduğunu kanıtladı. Bu, güvenilir işlemler için gerekli olan hassas kuantum durumu olan tutarlılığa müdahale edebilir.
Ancak molekülün karmaşık iç yapılarının kontrol edilebileceği ultra soğuk ortamlarda moleküllerin yakalanması, bu engelin üstesinden gelmeye yardımcı olur. Bu molekülleri optik cımbızlarla tuttuktan sonra – küçük nesneleri kontrol etmek için tam olarak odaklanmış lazerlerle – araştırmacılar moleküllerin hareketini en aza indirebiliyor ve kuantum durumlarını manipüle edebildiler.
Bu atılımı mümkün kılmak, Lewis RB Picard, Annie J. Park, Gabriel E. Patenotte ve Samuel Gebretsadkan dahil olmak üzere Ni'nin laboratuvarının birkaç üyesi ve Colorado Üniversitesi Kuantum Maddesi Merkezi'ne fizikçilerdi.
Tüm operasyonu değerlendirmek için, araştırma ekibi sonuçta ortaya çıkan iki küstah çan durumunu ölçtü ve meydana gelen herhangi bir hareketin neden olduğu hataları inceledi. Bu, onları gelecekteki deneylerde kurulumlarının istikrarını ve doğruluğunu artırmak için fikirlerle bıraktı. Etkileşen ve etkileşime girmeyen durumlar arasında geçiş yapmak, araştırmacıların deneylerini dijitalleştirmelerini sağlayarak ek bilgiler sağladı.
Ni, “Moleküler platformun avantajlarından nasıl yararlanılacağı konusunda yenilikler ve yeni fikirler için çok fazla yer var” dedi. “Bundan ne çıktığını görmek için heyecanlıyım.”
Bu araştırma, Bilimsel Araştırmalar Hava Kuvvetleri, Ulusal Bilim Vakfı, Fizik Sınır Merkezi ve Üniversite Araştırma Girişimi Multidisipliner Araştırma Programı dahil olmak üzere birçok kaynak tarafından desteklenmiştir.