Bağımsız Atomları 3 Boyutlu Manipüle Etmek Artık Daha Kolay

Kuantum bilgisayarlar gerçek anlamda yeni bir çağı aralamımızı sağlayacak ve bunun için kuantum dünyasını anlayıp onu şekillendirebiliyor olmak zorundayız.

Bir kuantum bilgisayarı programlamak için her bir atomu hassas şekilde düzenlemeliyiz ki bu gerçekten kolay olmayan bir işlemler bütünü. Fakat 5 Eylül 2018 tarihinde Nature’da yayınladıkları makaleyle Paris-Saclay Üniversitesi’nin (UPST) bu zorlu süreci basitleştiren yeni bir yöntem geliştirdikleri anlaşılıyor.

Mevcut teknoloji “optik cımbızlar” (*optical tweezers) sayesinde atomları iki boyuta kadar düzenlemeye olanak tanıyordu. “Tek ışınlı degrade kuvvet tuzağı” olarak da bilinen yöntem, son derece odaklanmış lazer ışınlarının atomları tuzaklayarak düzenlemenin gerçekleştirilmesini mümkün kılıyordu.

UPST, ışık hüzmelerinin yoğunluğunun ayarlanabildiği “uzamsal ışık modülatörü”ne lazeri yansıtabilen bir yöntem geliştirmiş ve böylece tekrar odaklama sonrası 3 boyutlu dizileri oluşturmayı mümkün kılan atom tuzaklaması sağlanmış.

Çalışmanın baş yazarı Daniel Barredo Physics World’e geliştirdikleri yöntemi şu şekilde açıklıyor:

Başlangıçta tuzakları rastgele yükler ve bunları yarı seviyede soğuk rubidyum atomlarıyla doldururuz. Ardından, atomları bir seferde ‘rezervuar’ tuzaklarından dizilerdeki boş alanlara taşıyabilen ve atomları ‘yolarak’ hareket ettirebilen hareketli optik cımbızlar oluşturmak için akusto-optik deflektörler ve elektrikle ayarlanabilir lenslerin bir kombinasyonunu kullanırız.

Rydberg durumunda heyecanlanan nötr atom dizileri, son zamanlarda büyük fiziksel sistemlerin kuantum simülasyonları için çok umut verici bir platform olarak ortaya çıktı. Nitekim son çalışmalar, Rydberg’in küçük sistemlerin nötr atom kübitleriyle (*qubit) arasındaki etkileşimlerden kuantum-mantısal operasyonları gerçekleştirmek için kullanılabileceğini göstermiştir.

Bununla birlikte, şimdiye kadar, bu sistemler kullanılarak gerçekleştirilebilmiş en büyük kuantum simülasyonları, bir ve iki boyutlu geometrilerde yaklaşık 50 kübit içermiştir. Bu çalışmada elde ettiğimiz gibi üçüncü boyuta erişebilmek, sadece bu kübitlerin ölçeğindeki artışa (bu araştırmada 72 atom) izin vermedi, aynı zamanda daha karmaşık, gerçek dünyadaki fiziksel fenomen ve materyalleri simüle etmenin yolunu da açtı.

Sonuç olarak Fransız üniversitenin atomları düzenleyerek oluşturduğu Eyfel Kulesi, 3B atom manipülasyon çalışmalarında gelinen önemli bir kilometri taşı olarak dünyayla paylaşılmış oldu ve kuantum alanındaki en önemli basamaklardan biri de böylece geride kaldı. Geriye dönüp bakıldığında, bu çalışmanın Fransa’nın en önemli sembollerinden biriyle hatırlanacak olmasından herkes çok yönlü dersler çıkarmalı…