Şimdi Nanoteknoloji - Basın Bülteni: Fizikçiler İlk Kez Bireysel Molekülleri 'Dolaşıklaştırıyor', Kuantum Bilgi İşleme Olanaklarını Hızlandırıyor: Daha Güçlü Kuantum Hesaplamaya Yol Açabilecek Çalışmalarda, Princeton Araştırmacıları Molekülleri Kuantum Dolanıklığına Zorlamada Başarılı Oldu

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Ana Sayfa > Basın > Fizikçiler ilk kez bireysel molekülleri 'dolaşıklaştırarak' kuantum bilgi işleme olanaklarını hızlandırıyor: Princeton araştırmacıları, daha sağlam kuantum hesaplamaya yol açabilecek çalışmalarda molekülleri kuantum dolanıklığa zorlamayı başardılar

Bireysel molekülleri soğutmak, kontrol etmek ve dolaştırmak için lazer kurulumu. KREDİ Fotoğraf: Richard Soden, Fizik Bölümü, Princeton Üniversitesi

Laser setup for cooling, controlling, and entangling individual molecules.

KREDİ
Fotoğraf: Richard Soden, Fizik Bölümü, Princeton Üniversitesi

Özet:
İlk kez Princeton fizikçilerinden oluşan bir ekip, bireysel molekülleri kuantum mekaniksel olarak "dolaşık" olan özel durumlar halinde birbirine bağlamayı başardı. Bu tuhaf hallerde, moleküller birbirleriyle ilişkili kalır ve kilometrelerce uzakta olsalar veya aslında evrenin karşıt uçlarını işgal etseler bile aynı anda etkileşime girebilirler. Bu araştırma yakın zamanda Science dergisinde yayımlandı.

Fizikçiler ilk kez bireysel molekülleri 'dolaşıklaştırarak' kuantum bilgi işleme olanaklarını hızlandırıyor: Princeton araştırmacıları, daha sağlam kuantum hesaplamaya yol açabilecek çalışmalarda molekülleri kuantum dolanıklığa zorlamayı başardılar

Princeton, New Jersey | 8 Aralık 2023'te yayınlandı

Princeton Üniversitesi'nde fizik profesörü ve makalenin kıdemli yazarı Lawrence Cheuk, "Kuantum dolaşıklığın temel önemi nedeniyle bu, moleküller dünyasında bir atılımdır" dedi. "Fakat bu aynı zamanda pratik uygulamalar için de bir atılım çünkü dolaşmış moleküller gelecekteki birçok uygulamanın yapı taşları olabilir."

Bunlar arasında, örneğin belirli sorunları geleneksel bilgisayarlardan çok daha hızlı çözebilen kuantum bilgisayarları, davranışlarını modellemesi zor olan karmaşık malzemeleri modelleyebilen kuantum simülatörleri ve geleneksel muadillerinden daha hızlı ölçüm yapabilen kuantum sensörleri yer alıyor.

Fizik bölümünde yüksek lisans öğrencisi Connor Holland, "Kuantum bilimi yapmanın motivasyonlarından biri, pratik dünyada kuantum mekaniği yasalarından yararlanırsanız birçok alanda çok daha iyisini yapabileceğinizin ortaya çıkmasıdır" dedi. ve çalışmanın ortak yazarı.

Kuantum cihazlarının klasik cihazları geride bırakma yeteneği “kuantum avantajı” olarak biliniyor. Kuantum avantajının temelinde ise süperpozisyon ve kuantum dolaşma ilkeleri yer alıyor. Klasik bir bilgisayar biti 0 veya 1 değerini alabilirken, kübit adı verilen kuantum bitleri aynı anda 0 ve 1'in süperpozisyonunda olabilir. İkinci kavram olan dolaşma, kuantum mekaniğinin önemli bir temel taşıdır ve iki tane olduğunda ortaya çıkar. Parçacıklar birbirleriyle ayrılmaz bir şekilde bağlantılı hale gelir ve böylece bir parçacık diğer parçacıktan ışık yılı uzaklıkta olsa bile bu bağlantı devam eder. İlk başta geçerliliğini sorgulayan Albert Einstein'ın "uzaktan ürkütücü eylem" olarak tanımladığı olgudur. O zamandan bu yana fizikçiler, dolaşıklığın aslında fiziksel dünyanın ve gerçekliğin nasıl yapılandırıldığının doğru bir açıklaması olduğunu gösterdiler.

Cheuk, "Kuantum dolaşıklığı temel bir kavramdır ancak aynı zamanda kuantum avantajı sağlayan temel bileşendir" dedi.

Ancak kuantum avantajı oluşturmak ve kontrol edilebilir kuantum dolanıklığa ulaşmak hâlâ zorlu bir görev olmaya devam ediyor; bunun en önemli sebebi mühendislerin ve bilim adamlarının kübit oluşturmak için hangi fiziksel platformun en iyi olduğu konusunda hâlâ belirsiz olmaları. Geçtiğimiz yıllarda, hapsolmuş iyonlar, fotonlar, süper iletken devreler gibi birçok farklı teknoloji, kuantum bilgisayarlar ve cihazlar için aday olarak araştırıldı. Optimum kuantum sistemi veya kübit platformu, pekala spesifik uygulamaya bağlı olabilir.

Ancak bu deneye kadar moleküller, kontrol edilebilir kuantum dolaşıklığına uzun süredir meydan okuyordu. Ancak Cheuk ve meslektaşları laboratuvarda dikkatli manipülasyonlar yaparak bireysel molekülleri kontrol etmenin ve onları bu birbirine kenetlenen kuantum durumlarına ikna etmenin bir yolunu buldular. Ayrıca moleküllerin, örneğin atomlara göre, belirli avantajlara sahip olduğuna inanıyorlardı; bu da onları özellikle kuantum bilgi işleme ve karmaşık malzemelerin kuantum simülasyonu gibi belirli uygulamalar için çok uygun kılıyordu. Örneğin atomlarla karşılaştırıldığında moleküller daha fazla kuantum serbestlik derecesine sahiptir ve yeni yollarla etkileşime girebilirler.

Elektrik ve bilgisayar mühendisliği yüksek lisans öğrencisi ve makalenin ortak yazarı Yukai Lu, "Pratik açıdan bunun anlamı, kuantum bilgisini depolamanın ve işlemenin yeni yollarının olduğudur" dedi. "Örneğin, bir molekül birden fazla modda titreşebilir ve dönebilir. Yani bir kübiti kodlamak için bu modlardan ikisini kullanabilirsiniz. Moleküler türler polar ise, iki molekül uzaysal olarak ayrılmış olsalar bile etkileşime girebilir."

Bununla birlikte, karmaşıklıklarından dolayı moleküllerin laboratuvarda kontrol edilmesinin oldukça zor olduğu biliniyor. Onları çekici kılan özgürlük dereceleri aynı zamanda onları laboratuvar ortamında kontrol etmeyi veya muhafaza etmeyi zorlaştırıyor.

Cheuk ve ekibi bu zorlukların çoğunu dikkatlice düşünülmüş bir deneyle ele aldı. İlk önce hem polar olan hem de lazerlerle soğutulabilen bir moleküler tür seçtiler. Daha sonra molekülleri, kuantum mekaniğinin merkezde yer aldığı ultra soğuk sıcaklıklara kadar lazerle soğuttular. Daha sonra bireysel moleküller, "optik cımbız" adı verilen, sıkı bir şekilde odaklanmış lazer ışınlarından oluşan karmaşık bir sistem tarafından yakalandı. Cımbızların konumlarını değiştirerek, tek moleküllerden oluşan geniş diziler oluşturmayı ve bunları tek tek istenilen tek boyutlu konfigürasyona yerleştirmeyi başardılar. Örneğin izole edilmiş molekül çiftleri ve aynı zamanda hatasız molekül dizileri yarattılar.

Daha sonra, bir kübiti molekülün dönmeyen ve dönen bir durumuna kodladılar. Bu moleküler kübitin tutarlı kaldığını, yani süperpozisyonunu hatırladığını göstermeyi başardılar. Kısacası araştırmacılar, bireysel olarak kontrol edilen moleküllerden iyi kontrol edilen ve tutarlı kübitler yaratma yeteneğini gösterdi.

Molekülleri dolaştırmak için molekülün etkileşime girmesini sağlamaları gerekiyordu. Bir dizi mikrodalga darbesi kullanarak, bireysel moleküllerin birbirleriyle tutarlı bir şekilde etkileşime girmesini sağladılar. Etkileşimin belirli bir süre ilerlemesine izin vererek, iki molekülü dolaştıran iki kübitlik bir geçit oluşturmayı başardılar. Bu önemlidir çünkü böylesine dolaşık bir iki kübitlik geçit, hem evrensel dijital kuantum hesaplama hem de karmaşık malzemelerin simülasyonu için bir yapı taşıdır.

Bu yeni moleküler cımbız dizileri platformunun sunduğu yenilikçi özellikler göz önüne alındığında, bu araştırmanın kuantum biliminin farklı alanlarını araştırma potansiyeli büyüktür. Princeton ekibi özellikle, manyetizmanın yeni biçimleri gibi ilginç ortaya çıkan davranışların ortaya çıkabileceği kuantum çoklu cisim sistemlerini simüle etmek için kullanılabilecek etkileşimli birçok molekülün fiziğini keşfetmekle ilgileniyor.

Cheuk, "Kuantum bilimi için molekülleri kullanmak yeni bir sınırdır ve isteğe bağlı dolaşıklığı göstermemiz, moleküllerin kuantum bilimi için uygun bir platform olarak kullanılabileceğini göstermede önemli bir adımdır" dedi.

Science dergisinin aynı sayısında yayınlanan ayrı bir makalede, Harvard Üniversitesi'nden John Doyle ve Kang-Kuen Ni ile Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Wolfgang Ketterle liderliğindeki bağımsız bir araştırma grubu benzer sonuçlara ulaştı.

Cheuk, "Aynı sonuçları elde etmeleri, sonuçlarımızın güvenilirliğini doğruluyor" dedi. "Ayrıca moleküler cımbız dizilerinin kuantum bilimi için heyecan verici yeni bir platform haline geldiğini de gösteriyorlar."

####

Daha fazla bilgi için lütfen tıklayın okuyun

İletişim:
Catherine Zandonella
Princeton Üniversitesi
Ofis: 609-258-0541
Uzman İletişim

Lawrence W. Cheuk
Princeton Üniversitesi
@Princeton

Telif Hakkı © Princeton Üniversitesi

Bir yorumunuz varsa, lütfen İletişim bize.

7th Wave, Inc. veya Nanotechnology Now değil, haber bültenleri yayıncıları yalnızca içeriğin doğruluğundan sorumludur.

Yer imi: