Ağır hidrojen kuantum bilgisayarları hızlandırıyor

Silikonun kuantum verimsizliği tarih oluyor. Bilim insanları, ağır hidrojen izotopu kullanarak tek foton üretiminde yüzde 98 verimliliğe ulaştı.

Modern elektroniğin temel taşı olan silikonun, kuantum ışık kaynakları için yetersiz olduğu yönündeki yerleşik inanış yerle bir oldu. Yeni bir araştırma, silikon kafesindeki hidrojen atomunun daha ağır bir izotop olan döteryum ile değiştirilmesinin, tek foton üretiminde devrim yarattığını kanıtladı. Bu küçük ama stratejik ayarlama, ultra güvenli iletişim ağlarının mevcut fiber optik altyapı üzerinden çalışabilmesinin önünü açıyor.

MÜKEMMEL KUSURUN GÜCÜ

Araştırmanın odağında, silikon kristal yapısındaki ‘T merkezi’ olarak bilinen küçük bir kusur yer alıyor. İki karbon ve bir hidrojen atomundan oluşan bu merkez, enerji verildiğinde kuantum teknolojilerinin temel ihtiyacı olan tek bir foton yayabiliyor. T merkezinin en büyük avantajı, günümüz internet kablolarının kullandığı telekomünikasyon O-bandında ışık yaymasıdır. Ancak bugüne kadar bu merkezler, enerjilerinin bir kısmını ışık yerine titreşim olarak kaybediyordu. Bilim insanları, bu enerji kaybını durdurmak için hidrojenin daha ağır versiyonu olan döteryumu sisteme entegre etti.

TİTREŞİMLERİ DURDURAN AĞIR İZOTOP

Döteryum kullanımı, atomik titreşimlerin hızını değiştirerek ışık üretimini engelleyen bozunma yollarını kapattı. Deneyler için Almanya'daki Avogadro projesinden elde edilen ultra saf silikon kristaller kullanıldı. Ölçümler sonucunda elde edilen çarpıcı veriler ise şöyle sıralanıyor:

• Döteryumlanmış T merkezinin uyarılmış hal ömrü 5,4 kat uzadı.
• Tek foton yayma verimliliği yüzde 90'ın üzerine, bazı tahminlere göre yüzde 98'e ulaştı.
• Sistemin ışık yayma kapasitesini gösteren optik döngüsellik yaklaşık 300 kat iyileşti.
• Sıvı helyum ile -269 derecenin altına soğutulan örneklerde gözlenen bu ‘dev izotop etkisi’, kuantum işlemlerinin hızını ve kararlılığını doğrudan artırıyor.
•  

FİBER OPTİK ALTYAPIYLA TAM UYUM

Bu keşif, laboratuvar ortamından pratik ticari uygulamalara geçişi de hızlandırmış durumda. T merkezlerinin doğal olarak fiber optik kablolara uygun dalga boyunda çalışması, mevcut küresel iletişim altyapısının kuantum ağlarına dönüştürülmesini kolaylaştırıyor. Nitekim Photonic Inc. gibi kuantum teknoloji şirketleri, bu ağır izotop stratejisini şimdiden üretim süreçlerine dahil etmeye başladı.

Sonuç olarak, ağır hidrojen kullanımı sayesinde silikon, sadece bugünün bilgisayarlarını değil, yarının kuantum internetini de sırtlamaya hazır hale geliyor. Bilim insanları şimdi, bu yöntemi tüm izotop varyantlarında test ederek mükemmel kuantum kaynağını standardize etmeyi hedefliyor.