Kvant internetinə gedən yolda vacib bir addım Molekulyar kubit nədir?

Elm dünyası gələcəyin ən böyük texnologiya hədəflərindən biri olan kvant internet üçün həyəcanverici bir qurucu element hazırlayıb. 

Ölkə.az valyuta.az-a istinadən xəbər verir ki, alimlər kvant kompüterlərinin mövcud telekommunikasiya şəbəkələri üzərindən bir-biri ilə əlaqə qurmasına yardım edə biləcək yeni tip molekulyar kubit yaradıblar.

Yeni nəsil bu kubit optik və maqnit xüsusiyyətləri ilə seçilir. Quruluşunda yerləşən nadir torpaq elementi erbiyum sayəsində kvant məlumatlarının adi fiber-optik xətlərdə istifadə olunan dalğa uzunluğunda ötürülməsi mümkün olur.

Tədqiqatçılar kubitin telekommunikasiya dalğa uzunluqlarında işləməsinin onun silikon çiplərə inteqrasiyasını xeyli asanlaşdırdığını bildirirlər. Bu isə daha kiçik və kompakt kvant cihazlarının hazırlanmasının yolunu açır.

"Science" jurnalında yayımlanan nəticələr bu texnologiyanı ultra təhlükəsiz rabitə xəttlərindən tutmuş uzunməsafəli kvant kompüter şəbəkələrinə qədər uzanan, ölçəklənə bilən kvant texnologiyaları üçün perspektivli bir qurucu element kimi qiymətləndirir.

Kvant interneti üçün zəruri infrastrukturun qurulması istiqamətində uzun müddətdir araşdırmalar aparılır. Məsələn, daha əvvəl hazırlanan bir çip kvant siqnallarının real fiber-optik kabellər üzərindən ötürülməsinə yardım edirdi. Bu yeni işdə isə alimlər birbaşa məlumat ötürülməsinə xidmət edə biləcək fərqli bir kubit növünün hazırlanmasına fokuslanıblar.

Tədqiqatın rəhbəri və Çikaqo Universitetinin molekulyar mühəndislik və fizika üzrə professoru David Ovşalom bildirib: "Bu erbiyum molekulyar kubitlərinin çox yönlülüyünü nümayiş etdirərək, mövcud optik infrastrukturla birbaşa əlaqə qura bilən ölçəklənə bilən kvant şəbəkələrinə doğru bir addım daha atırıq".

Kubitlər kvant məlumatının əsas daşıyıcısıdır və klassik hesablama bitlərinin kvant ekvivalenti kimi qəbul edilir. Lakin oxşarlıq bu həddə qədərdir. Klassik bitlər yalnız 1 və ya 0 vəziyyətində olur, kubitlər isə kvant fizikasının qanunları səbəbilə eyni anda bir neçə vəziyyətdə mövcud ola bilir; buna superpozisiya deyilir. Beləliklə, iki kubit eyni anda həm 0-0, həm 0-1, həm 1-0, həm də 1-1 vəziyyətlərində ola bilər.

Ənənəvi kubitlər superkeçirici kubitlər (elektrik dövrələri), tutulmuş ion kubitləri (yüklü atomlar) və fotonik kubitlər (işıq hissəcikləri) şəklində müxtəlif strukturlarda hazırlanır.

Molekulyar kubitlər isə adətən nadir torpaq metalları üzərində qurulan fərdi molekullardan ibarət olur və elektron spinindən kvant vəziyyətini təyin etmək üçün istifadə edir. Yeni erbiyum əsaslı kubiti unikallaşdıran xüsusiyyət odur ki, həm spin kubiti, həm də fotonik kubit kimi davranır. Bu o deməkdir ki, məlumatı maqnit şəkildə yadda saxlaya bilir və optik siqnallarla oxumaq mümkündür.

Tədqiqatçılar erbiyum atomunun spinini idarə olunan superpozisiya vəziyyətinə sala bildiklərini eksperimental olaraq sübut ediblər. Bu, funksional kubit üçün ən əsas şərtdir. Komanda spin vəziyyətinin atomun yaydığı işığın dalğa uzunluğuna təsiri sayəsində optik spektroskopiya kimi standart üsullardan istifadə etməklə kubitin kvant vəziyyətlərini oxuya bilir. Məqalənin həmmüəllifi Leya Vayss belə deyir: "Bu molekullar maqnitizm ilə optikanı nanometr miqyasında birləşdirən bir körpü ola bilər. Məlumat molekulun maqnit vəziyyətində kodlana bilər və fiber-optik şəbəkələrlə uyğun işıq vasitəsilə əldə edilə bilər".

Telekommunikasiya dalğa uzunluqlarında işləməyin iki əsas üstünlüyü var. Birincisi və ən önəmlisi siqnalların minimal itki ilə uzun məsafə qət etməsidir. Kvant məlumatlarının fiber şəbəkələr üzərindən ötürülməsi üçün bu amil həlledicidir.

İkinci üstünlük isə fiber-optik dalğa uzunluğundakı işığın silikondan asanlıqla keçməsidir. Əgər keçməsəydi, optik siqnallarda kodlanan bütün məlumatlar udularaq yox olardı. Ovşalom deyir: "Tək bir fotonda kodlanmış məlumatı laboratoriyanın kənarına etibarlı şəkildə göndərmək istəyirsinizsə, bu, kritik əhəmiyyət daşıyır".

Ovşalom əlavə edir ki, bu texnologiyanın əsas üstünlüklərindən biri də ölçək imkanlarıdır. Hər bir kubit insan saçından təxminən 100 min dəfə kiçik bir molekuldan ibarətdir. Sintetik kimya sayəsində onların strukturu tənzimlənə bildiyindən, molekulyar kübitlər bərkhal cihazlar və hətta canlı hüceyrələrin içi daxil olmaqla digər texnologiyaların çata bilmədiyi mühitlərə asanlıqla inteqrasiya edilə bilər.

Bu idarəetmə səviyyəsi kvant hesablama mühəndisliyinin ən çətin problemlərindən biri olan kvant uyğunluğunu mövcud texnologiyalara birbaşa inteqrasiya etmə yolundakı maneələri azaltmağa kömək edə bilər. Ovşalom deyir: "İnteqrasiya texnologiyanın miqyasını genişləndirmək üçün vacib addımdır və bu sahədə böyük çağırışlar mövcuddur. Bu kubitləri çip üzərindəki cihazlara inteqrasiya etmək üzərində işləyirik və bunun molekulların idarə edilməsi, aşkarlanması və birləşdirilməsi üçün yeni üsullar açacağına inanırıq".