Kuantum bilişiminin en büyük vaadi, aynı zamanda en büyük çelişkisi sayılıyor: Kübitlerin olağanüstü hesaplamalar yapmasına olanak tanıyan koşullar, bu parçacıkları aynı zamanda son derece kırılgan hale getiriyor. En ufak bir titreşim, foton veya sıcaklık dalgalanması bilgiyi saniyeler içinde yok edebiliyor. İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları, gürültüyü ortadan kaldırmak yerine gürültüden faydalanarak bu sorunu çözmek adına alışılmışın dışında bir adım attı.
Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışmada, Chalmers ekibi “minimal kuantum buzdolabı” adını verdikleri aygıtı tanıttı. Cihaz, kübitleri dış etkenlerden korumak yerine, kontrollü rastgeleliği, yani hassas ayarlanmış mikrodalga gürültüsünü, kullanarak süper iletken devreler içindeki ısı akışını yönlendirme prensibiyle çalışıyor. Söz konusu sıra dışı yaklaşım, mikroskobik enerji değişimleri karşısında savunmasız kalan kuantum sistemlerini dengelemek adına yeni bir mekanizma sağlıyor.
Deneyin merkezinde, atomlardan değil elektronik devrelerden inşa edilmiş süper iletken bir yapay molekül yer alıyor. Doğal bir molekül gibi, sıcak ve soğuk rezervuar görevi gören iki mikrodalga kanalı üzerinden enerji alışverişi gerçekleştiriyor. Araştırmacılar üçüncü bir kanal üzerinden kontrollü bir rastgele sinyal dalgalanması bandı uyguladığında, enjekte edilen gürültü rezervuarlar arasındaki termal taşınımı başlatıyor ve modüle ediyor. Böylece ısı akışı için bir anahtar görevi görüyor.
Kuantum teknolojisi doktora öğrencisi ve çalışmanın başyazarı Simon Sundelin, ilkeyi, enerjinin kontrollü şekilde sistemden uzaklaştırılması olarak tanımlayarak şunları ifade etti: “Gürültü spektrumunu kasıtlı olarak şekillendirerek, ekip sadece attowatt düzeyindeki ısı akımlarını ölçüp kontrol edebiliyor ve ısının neredeyse ölçülemez ölçeklerde nasıl davrandığını ortaya koyuyor.”
Fikir, Brownian soğutma olarak bilinen köklü bir teorik konsepte dayanıyor: Doğru koşullar altında rastgele hareketin, yönlü bir soğutma etkisi yaratabileceği düşüncesi.
Chalmers’ta kuantum teknolojisi doçenti ve çalışmanın kıdemli yazarı Simone Gasparinetti, grubun cihazını “bu teorinin şimdiye kadarki en eksiksiz uygulaması” olarak nitelendiriyor. Gürültüye yapıcı bir rol veren araştırmacılar, geleneksel kriyojenik soğutmanın yetersiz kaldığı bir ölçekte termodinamik akışı dengelemenin bir yolunu buldu. IBM ve Google gibi devler tarafından geliştirilen süper iletken devre tabanlı kuantum işlemciler, mutlak sıfıra yakın (yaklaşık -273°C) sıcaklıklarda çalışmak zorunda.
Bu koşullarda elektronlar dirençsiz hareket ederek kuantum mantığının temelini oluşturan dolaşık durumları mümkün kılıyor. Yine de, sıfıra yakın sıcaklıklarda bile ısı, kuantum bilişiminin en inatçı düşmanlarından biri olmayı sürdürüyor. Büyük ölçekli mimarilerde potansiyel ısı ve gürültü kaynağı sayısı çarpıcı biçimde artıyor ve doğrudan termal kontrolü gerçekçi bir kuantum makinesi için hayati kılıyor.
İlginç şekilde, Chalmers’ın minimal buzdolabı sadece soğutma ile sınırlı değil. Rezervuarlarının nasıl ayarlandığına bağlı olarak, bir ısı motoru veya bir yükselteç olarak da görev yapabiliyor. Söz konusu çok yönlülük, bir işlemci üzerindeki enerji kaybını yerel olarak yöneten modüler kuantum bileşenleri tasarlamak adına kritik önem taşıyor. Çalışmanın ortak yazarlarından Aamir Ali, yöntemi farklı kılan noktanın ölçek olduğunu belirterek, ısı düzenlemesinin, tamamen harici toplu soğutmaya güvenmek yerine kuantum devresinin “içinden” yapılmasına olanak tanıdığını vurguluyor.
Yaşanan ilerleme, pratik kuantum bilişiminin önündeki devasa engelleri tamamen ortadan kaldırmıyor fakat temel sorunlardan birini yeniden tanımlıyor. Chalmers’ın çalışması, gürültüyü tamamen yıkıcı bir güç olarak görmek yerine, düzgün şekilde tasarlandığında rastgeleliğin çözümün bir parçası haline gelebileceğini gösteriyor.
Kaynak: https://www.techspot.com/news/111144-engineers-found-way-cool-quantum-systems-using-microwave.html
