Kuantum teknolojisi, geleceğin süper bilgisayarlarının temelini oluştururken, beraberinde getirdiği fiziksel paradokslar mühendisleri zorlamaya devam ediyor. Kuantum bitlerinin (kübit) olağanüstü işlem gücü, onları dış etkenlere karşı son derece kırılgan hale getiriyor. En ufak bir ısı dalgalanması veya titreşim, verilerin silinmesine neden olabiliyor. Ancak Chalmers Teknoloji Üniversitesi'nden bir ekip, bu soruna sezgisel olmayan, yenilikçi bir yaklaşım getirdi.
Nature Communications dergisinde yayımlanan araştırmaya göre ekip, gürültüyü izole etmek yerine, onu sistemin lehine kullanmayı başardı.
MİKRODALGA GÜRÜLTÜSÜYLE HASSAS SOĞUTMA
Geliştirilen ve ‘minimal kuantum buzdolabı’ olarak adlandırılan cihaz, süper iletken devreler içindeki ısı akışını yönlendirmek için ‘kontrollü rastgelelik’ prensibini kullanıyor.
Sistemin çalışma prensibi, atomlardan değil, elektronik devrelerden oluşan süper iletken bir ‘yapay molekül’ üzerine kurulu. Bu yapı, tıpkı doğal bir molekül gibi davranarak sıcak ve soğuk rezervuar görevi gören iki kanal arasında enerji transferi sağlıyor.
Araştırmacılar, sisteme üçüncü bir kanal üzerinden kontrollü bir ‘mikrodalga gürültüsü’ enjekte ediyor. Bu gürültü, rezervuarlar arasındaki termal transferi başlatan ve düzenleyen bir anahtar görevi görüyor.
ATTOWATT SEVİYESİNDE ISI KONTROLÜ
Çalışmanın baş yazarı Simon Sundelin, bu yöntemi ‘yönlendirilmiş dağılım’ olarak tanımlıyor. Ekip, gürültü spektrumunu kasıtlı olarak şekillendirerek, attowatt (watt'ın kentilyonda biri) mertebesindeki çok küçük ısı akımlarını ölçmeyi ve kontrol etmeyi başardı.
Bu buluş, ‘Brown hareketine bağlı soğutma’ olarak bilinen teorik kavramın bugüne kadarki en eksiksiz uygulaması olarak nitelendiriliyor. Yani rastgele hareketler, doğru koşullar altında yönlü bir soğutma etkisi yaratmak için kullanılıyor.
IBM VE GOOGLE GİBİ DEVLER İÇİN KRİTİK ÖNEMDE
IBM ve Google gibi teknoloji devlerinin geliştirdiği kuantum işlemciler, mutlak sıfıra yakın (-273°C) sıcaklıklarda çalışmak zorunda. Bu sıcaklıklarda bile ısı, kuantum hesaplamanın en inatçı düşmanı olmaya devam ediyor.
Chalmers Üniversitesi Doçenti Simone Gasparinetti, geliştirdikleri yöntemin geleneksel kriyojenik (dondurucu) soğutmanın yetersiz kaldığı mikroskobik ölçekte termodinamik akışı dengelediğini belirtiyor. Büyük ölçekli kuantum mimarilerinde doğrudan termal kontrol, makinenin kararlılığı için hayati önem taşıyor.
HEM MOTOR HEM BUZDOLABI
Geliştirilen cihazın sadece soğutma ile sınırlı kalmadığı, ayarlara bağlı olarak bir ‘ısı motoru’ veya ‘sinyal yükseltici’ olarak da çalışabildiği belirtildi. Bu çok yönlülük, gelecekte işlemciler üzerindeki ısıyı yerel olarak yönetebilen modüler kuantum bileşenlerin tasarımı için kritik bir adım olarak görülüyor.
Çalışmanın ortak yazarlarından Aamir Ali, bu teknolojinin farkını şu sözlerle özetliyor: “Tamamen harici devasa soğutma sistemlerine dayanmak yerine, ısı düzenlemesini kuantum devresinin 'içinden' yapmayı mümkün kılıyoruz.”
