Kuantum teknolojisi alanında çığır açan bir gelişmeyle, araştırmacılar 3.000'den fazla kübiti eşi görülmemiş bir süre boyunca tutarlı bir şekilde manipüle ederek ve koruyarak büyük ölçekli bir nötr atom kuantum sisteminin sürekli çalışmasını sağladı. Bu kilometre taşı, atom kayıpları ve darbeli çalışma gibi geleneksel olarak ölçeklenmeyi engelleyen sorunları ele alıyor.
Nötr atomlar, kuantum bilimi için hassas kontrol sağlayan çok yönlü bir platformdur ve kuantum simülasyonları, kuantum hesaplama, metrologi, atom saatleri ve kuantum ağ oluşturma gibi alanlarda kritik öneme sahiptir. Ancak, bu sistemlerin doğası gereği darbeli olması, atomların kaybolması ve yeniden yüklenmesi ihtiyacını doğurarak kuantum işlemlerini kesintiye uğratıyordu. Sürekli çalışma modlarına geçiş, yüksek verimli kuantum işleme ve algılama için önemli bir hedeftir.
Araştırma ekibi, iki optik kafes "konveyör bandı" içeren yenilikçi bir deneysel mimari kullandı. Bu dinamik kafesler, soğuk atom rezervuarlarını kontrol ve ölçüm için "bilim bölgesine" verimli bir şekilde taşıyor. Ardından atomlar, mevcut kübitlerdeki mevcut kübitleri minimum düzeyde etkileyerek seçici olarak optik cımbızlara çıkarılıyor. Sistem, saniyede 300.000 atom yeniden yükleme hızıyla, saniyede 30.000'den fazla başlatılmış kübit oluşturarak iki saatten fazla süre boyunca 3.000 atomu aşan bir kübit dizisini sürekli olarak sürdürmeyi başardı.
Bu yaklaşımın temel özelliklerinden biri, atom kübit dizisinin kalıcı olarak yeniden doldurulması ve aynı zamanda depolanan kübitlerin kuantum durumlarının korunmasıdır. Araştırmacılar, spin-polarize atomlarla yenileme ve tutarlı süperpozisyon durumlarındaki kübitlerin enjeksiyonunu göstererek, dinamik sistem güncellemeleri sırasında tutarlılığın korunması için kritik olan bu yeteneği kanıtladılar. Bu, gerçek zamanlı kuantum hata düzeltmesi için elzemdir.
Mimari, atom rezervuarlarını bilimsel işlem alanından uzamsal olarak ayırarak termal ve titreşimsel gürültüyü azaltır. Bu uzamsal modülasyon, sürekli atom yükleme işleminin operasyonel kübitler üzerinde bir tutarlılık cezası oluşturmamasını sağlar. Bu yenilik, atomik kübitlerde tek parçacık düzeyinde etkileyici bir deneysel kontrolü vurgulamaktadır.
Sürekli çalışma nötr atom sistemlerinin kuantum teknolojisi üzerindeki etkileri dramatik olacaktır. Atom saatleri daha yüksek döngü hızları ve gelişmiş hassasiyet sağlayabilirken, kuantum algılamada daha yüksek veri toplama oranları ve kesintisiz ölçümler sinyal-genlik oranlarını iyileştirecektir. Ayrıca, sürekli ve tutarlı çalışma, nötr atom dizilerini hataya dayanıklı kuantum hesaplamaya ulaşma yolunda öncü konumuna getirir. Bu, uzun tutarlılık süreleri gerektiren karmaşık kuantum algoritmaları için çok önemlidir. Bu ilerleme, kuantum ağ oluşturma için de sağlam bir temel oluşturarak ölçeklenebilir kuantum internet altyapısını desteklemektedir.
Bu platform bir dönüm noktası olsa da, pratik dağıtım için zorluklar devam etmektedir. 3.000 kübitin ötesine ölçeklenmek, daha fazla mühendislik ve gelişmiş kuantum kontrol teknikleriyle entegrasyon gerektirecektir. Bununla birlikte, sürekli tutarlı çalışmanın açık gösterimi, nötr atom kuantum cihazlarının geliştirme paradigmasını dönüştürmektedir. Bu çalışma, nötr atom platformlarını sürekli olarak ölçekte çalışan yeni nesil kuantum teknolojileri için geçerli mimariler olarak belirlemektedir. Optik kafes taşımacılığını, ultra hızlı yeniden yüklemeyi ve kübit durumu korumasını birleştirerek, araştırma kuantum simülasyonları, hesaplama, atom saatleri, sensörler ve kuantum iletişimi için bir temel oluşturmaktadır. Bu, sağlam, ölçeklenebilir ve hataya dayanıklı kuantum makinelerine doğru yolculuğu hızlandırmaktadır.