Kuantum bilişimde kübit platformları uzun süredir ölçeklenebilirlik–performans ikilemiyle sınanıyor. Düz elektrotlarla üretilen düzlemsel (planar) iyon tuzakları büyük sistemlere kolayca yayılabilirken kararlılıkta ödün veriyor; geleneksel 3B tuzaklar ise daha iyi hapsi mümkün kılsa da hacimli ve entegre edilmesi zor. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL) ile UC Berkeley, UC Riverside ve UC Santa Barbara ortaklığındaki ekip, bu ikilemi yüksek çözünürlüklü 3B baskıyla ürettikleri minyatür dört kutuplu iyon tuzakları ile aşan bir yaklaşım sundu.
DÖRT KUTUPLU MİMARİ
Dört kutuplu tuzaklar, dört elektrot kutbuyla salınımlı elektrik alanları oluşturarak iyonları hapseder. Lazerlerle en düşük enerji seviyelerine soğutulan bu iyonlar, kriyojenik soğutma gerektirmeden uzun süre tutarlılıklarını koruyabilen kübitler gibi davranır. Ekip, ultra yüksek çözünürlüklü iki-fotonlu polimerizasyon tekniğiyle milimetre ölçeğinde tuzaklar basarak, kalsiyum iyonlarını son teknoloji tuzaklarla rekabet eden frekans ve hata oranlarında hapsetti.
PERFORMANS GÖSTERİMİ
Bir deneyde, iki iyonun pozisyonlarını değiştirirken dakikalarca kararlı kaldığı gösterildi. Ayrıca iki kübitlik dolanıklık kapısında %98 doğruluk, tek kübitlik dönüşler ve ısıtma hızı karakterizasyonları raporlandı. Bulgular, basılı mikro-yapılar üzerinde iyonları yakınlaştırıp ayırarak işlem yapmanın pratik hale geldiğini ortaya koyuyor.
HIZLI VE ESNEK ÜRETİM
Üretim tarafında süreç hız ve esneklik kazandırıyor: Araştırmacılar tam bir kapanı 14 saatte, yalnızca elektrotları 30 dakikada basabiliyor. Bu, hibrit düzlemsel-3B tasarımlar dahil olmak üzere yeni geometri ve mimarilerin hızlı prototiplenmesine olanak tanıyor. Ekip, erişilebilir tuzak geometrilerinin yelpazesini genişleterek karmaşıklığı artırdı; böylece hem optimizasyon hem de minyatürleşme için çok daha geniş bir tasarım alanı açıldı.
ENTEGRE YOL HARİTASI
Sonraki adımlarda hedef, kuantum donanımını daha da küçültmek ve elektronik ile fotoniği doğrudan yonga üzerine entegre etmek. Performansı sınırlayan en büyük etkenlerden gürültünün azaltılması için, iyonlara yakın fazladan malzemelerin tasarımdan çıkarılması planlanıyor. Bu sayede sisteme gürültü giriş noktaları azalacağı için daha iyi metrikler bekleniyor.
UYGULAMA CEPHESİ GENİŞ
Yaklaşım, kuantum hesaplamanın ötesinde atom saatleri, kütle spektrometreleri ve hassas sensörler gibi alanlara da uzanıyor. 3B baskının sunduğu çok yüksek çözünürlük, ince özellikler ve karmaşık 3B geometri kabiliyeti, başka imalat yöntemlerinin erişemediği tasarımları mümkün kılıyor. Ekip, bu durumu, entegre devre öncesi ‘tekli büyük transistörler’ döneminden, çip üstü yoğun entegrasyon çağına geçişe benzetiyor.
