Dünyanın ilk superkeçirici kvant istilik mühərriki nəhəng kvant kompüterlərinin yaradılmasına kömək edə bilər

Alimlər mütləq sıfıra yaxın temperaturda mövcud olan istiliyi faydalı işə çevirə bilən kiçik ölçülü superkeçirici kvant istilik mühərriki hazırlayıblar. Tədqiqatçılar bunun öz növündə ilk dövri kvant istilik mühərriki olduğunu bildirirlər. Yeni texnologiya gələcəkdə kvant kompüterlərinin daxilində avtonom şəkildə işləyə və bu sistemlərdə istifadə olunan çoxsaylı, bahalı və səs-küy yaradan mikrodalğalı kabellərə ehtiyacı əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər. Finlandiyanın Aalto Universitetinin alimlərinin hazırladığı qurğu kvant mexanikası ilə termodinamikanı bir sistemdə birləşdirir. Tədqiqatçılar hesab edirlər ki, nəticə həm kvant miqyasında istilik və enerjinin davranışını daha yaxşı anlamağa, həm də gələcək kvant texnologiyalarının inkişafına kömək edə bilər.

Ənənəvi istilik mühərrikləri istilik enerjisini faydalı işə çevirir. Bunun klassik nümunələrindən biri Ceyms Uattın buxar mühərrikidir. Eyni prinsip bu gün avtomobillərin, gəmilərin, təyyarələrin və müxtəlif elektrik stansiyalarının işində də mühüm rol oynayır. Aalto Universitetinin alimləri isə bu prinsipi kvant miqyasına uyğunlaşdıraraq dünyanın ilk superkeçirici kvant istilik mühərrikini hazırlayıblar. Son dərəcə kiçik qurğu transmon kubiti, rezonator və kvant soyuducusunu birləşdirir. Ultraaşağı temperatur şəraitində işləyən mühərrik mövcud olan çox kiçik miqdarda istilikdən istifadə edərək dəfələrlə müsbət iş hasil edə bilib.

Tədqiqatçılar üçün mühərrikin dövri şəkildə işləməsini təmin etmək xüsusi əhəmiyyət daşıyır. Əldə olunan nəticə gələcəkdə kvant kompüterlərinin texnologiyasının təkmilləşdirilməsinə xidmət edə biləcək superkeçirici istilik mühərriklərinin yaradılmasının mümkünlüyünü nümayiş etdirir.

Tədqiqat Akademiya professoru Mikko Möttönenin rəhbərliyi ilə aparılıb və nəticələr “Nature Communications” jurnalında dərc olunub. Tədqiqat Finlandiya Tədqiqat Şurası və Finlandiya Mədəniyyət Fondu tərəfindən maliyyələşdirilib.

Alimlər qurğunun işləməsi üçün superkeçirici dövrənin daxilində Otto dövrəsini yenidən yaradıblar. Otto dövrəsi avtomobil mühərriklərində və digər ənənəvi istilik maşınlarında da istifadə olunan termodinamik prosesdir. Tədqiqatın ilk müəllifi Tuomas Uusnäkki bildirib ki, alimlər superkeçirici dövrələrdən istifadə etməklə nanomiqyaslı istilik mühərriki hazırlayıb və onu mütləq sıfıra yaxın temperaturda kriostat daxilində işlədiblər. Qurğunun əsas hissəsində müasir kvant texnologiyalarının əsas elementlərindən biri olan transmon kubiti yerləşir.

Tədqiqatçılar transmon kubitini kvant dövrə soyuducusuna qoşaraq kvant miqyasında istilik axınını idarə edə biliblər. Bununla da istilik enerjisinin ölçülə bilən faydalı işə çevrildiyini nümayiş etdiriblər. Adi istilik mühərriklərində adətən ayrı-ayrı isti və soyuq mühitlərdən istifadə olunur. Yeni sistemdə isə eyni kvant dövrə soyuducusu həm qızdırma, həm də soyutma funksiyasını yerinə yetirə bilir. Uusnäkki qeyd edib ki, kvant dövrə soyuducusunun köməyi ilə kubit tələb olunduqda həm qızdırılır, həm də soyudulur. Diqqətlə vaxtlaşdırılmış idarəetmə impulsları vasitəsilə mühərrik Otto dövrəsi üzrə işə salınıb və proses boyunca kubitin vəziyyəti izlənilib. Ölçmələr kubitdən keçən istiliyin dövr ərzində müsbət iş hasil etdiyini göstərib.

Tədqiqatçılara görə, bu, superkeçirici dövrələrdə dövri kvant istilik mühərrikinin ilk eksperimental nümayişidir. Həm isti, həm də soyuq mühit kimi idarəolunan bir kvant soyuducusundan istifadə edilməsi sistemi daha sadə və çevik edir.

Alimlər hazırda qurğunun imkanlarını təkmilləşdirməyə və nəticədə tamamilə avtonom işləyən istilik mühərriki hazırlamağa çalışırlar. Bu texnologiyanın mümkün tətbiqlərindən biri kubitlərdən məlumatın oxunması zamanı mikrodalğalı impulsların millikelvin səviyyəsindəki ultraaşağı temperaturdan otaq temperaturuna qədər daşınmasına ehtiyacın aradan qaldırılmasıdır. Bu imkan kvant kompüterlərinin ölçüsü və mürəkkəbliyi artdıqca xüsusilə əhəmiyyətli ola bilər. Birbaşa superkeçirici dövrələrə inteqrasiya olunan avtonom qurğular çox böyük sayda kubitdən ibarət kvant kompüterlərinin həm qiymətini, həm də texniki mürəkkəbliyini azaltmağa imkan verə bilər.

Tədqiqatın rəhbəri Mikko Möttönenin sözlərinə görə, Finlandiyanın Kvant Texnologiyaları Strategiyası 2035-ci ilə qədər 1 000 məntiqi kubitdən ibarət kvant kompüterinin yaradılmasını nəzərdə tutur.

Lakin bunun üçün, ehtimal ki, yüz minlərlə fiziki kubit tələb olunacaq. Möttönen bildirib ki, mövcud texnologiya ilə belə bir sistemi qurmaq üçün hər birinin qiyməti minlərlə avro olan milyonlarla mikrodalğalı kabel lazım gələ bilər. Bu kabellər yalnız böyük miqdarda avadanlıq tələb etmir, həm də kvant sisteminə əlavə səs-küy gətirə bilər.

Avtonom qurğuların istifadəsi isə bu kabellərin böyük hissəsinə olan ehtiyacı aradan qaldıra bilər. Beləliklə, yeni texnologiya böyük kvant kompüterlərinin qarşısında duran iki əsas problemi — nəhəng aparat tələbatını və arzuolunmaz səs-küyü eyni vaxtda azaltmağa imkan verə bilər. Təcrübə Finlandiyanın nano, mikro və kvant texnologiyaları üzrə milli tədqiqat infrastrukturu olan OtaNanoda həyata keçirilib.

mənbə: www.sciencealert.com