Geleceğin teknolojisi olarak kabul edilen kuantum bilgisayarlar, ultra hassas sensörler ve kırılamaz iletişim ağları için kritik bir eşik aşıldı. Bilim dünyasında ‘kuantum yayıcılar’ olarak bilinen ve ışığı tek seferde bir parçacık (foton) olarak yayan minik ışık anahtarlarının kontrolü üzerindeki belirsizlik ortadan kalkıyor.
ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı Argonne Ulusal Laboratuvarı’nda yürütülen son çalışmada araştırmacılar, ultra ince malzemelerin içine atomik hassasiyetle tek foton kaynaklarını belirleme, tasarlama ve yerleştirme sürecini aydınlattı. Bu gelişme, kuantum cihazlarının laboratuvar ortamından endüstriyel ölçekli üretime geçişi için hayati bir adım olarak değerlendiriliyor.
GÖRÜNÜRLÜK VE KONTROL SORUNU ÇÖZÜLDÜ
Kuantum teknolojileri, ışık ve bilgi üzerinde mutlak bir kontrol gerektirir. Ancak bugüne kadar bilim insanları büyük bir ikilemle karşı karşıyaydı: Kuantum yayıcıların ışık yayma biçimlerini incelemek için kalın numuneler gerekirken, atomik yapılarını görmek için son derece ince numunelere ihtiyaç duyuluyordu. İkisini aynı anda yapmak neredeyse imkansızdı.
Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndan Malzeme Bilimcisi Jianguo Wen, "Kuantum yayıcıları incelemenin zorluğu, optik davranışlarının doğrudan gözlemlenmesi çok zor olan atomik yapıları tarafından belirlenmesidir" diyerek yaşanan teknik zorluğu özetledi.
Ekip, bu sorunu aşmak için ‘altıgen bor nitrür’ adı verilen ve sadece birkaç atom kalınlığındaki iki boyutlu bir kristale odaklandı. Geliştirdikleri QuEEN-M (Kuantum Yayıcı Elektron Nanomalzeme Mikroskobu) adlı cihazla, atomik ölçekli görüntülemeyi ‘katodlüminesans spektroskopisi’ ile birleştirdiler. Bu yöntem, malzemeye odaklanmış elektron demeti göndererek kusurların ışık yaymasını sağladı ve böylece hem yapı hem de ışık davranışı eş zamanlı analiz edildi.
SİNYAL GÜCÜNDE 120 KAT ARTIŞ
Araştırmanın en çarpıcı sonuçlarından biri de malzeme mühendisliği alanında oldu. Bilim insanları, altıgen bor nitrür katmanlarını belirli açılarda bükerek ‘bükülmüş arayüzler’ oluşturdu. Bu işlemin, kuantum yayıcılardan gelen ışık sinyalini 120 kata kadar artırdığı tespit edildi.
Bu güçlü sinyal sayesinde, yayıcılar 10 nanometreden daha az bir hata payıyla, olağanüstü bir doğrulukla tespit edilebildi. İncelemeler sonucunda, mavi bir kuantum yayıcının kaynağının, kristal içinde dikey olarak istiflenmiş iki karbon atomundan oluşan bir ‘karbon dimer’ olduğu belirlendi.
'"KEŞİF'TEN 'MÜHENDİSLİK' AŞAMASINA GEÇİŞ
Çalışmanın yazarlarından Thomas Gage, elde edilen başarının endüstriyel önemine dikkat çekerek, "Atomik yapıyı yaydığı ışıkla ilişkilendirebilmemiz, bu kuantum yayıcıların hassas mühendisliğinin önünü açtı. Bu, artık bir elektron ışını kullanarak bunları isteğe bağlı olarak oluşturup ayarlayabileceğimiz anlamına geliyor" ifadelerini kullandı.
Bu teknolojik atılım, kuantum yayıcıların tesadüfen keşfedilmesinden, ihtiyaç duyulan noktaya bilinçli olarak tasarlanıp yerleştirilmesine doğru bir paradigma değişimini işaret ediyor. Hassas konumlandırılmış yayıcılara sahip çiplerin, verileri daha güvenli iletmesi ve sinyal kaybını minimize etmesi bekleniyor. Uzmanlar, teknolojinin ölçeklenebilir hale gelmesiyle birlikte ticari kuantum cihazlarının üretiminin hızlanacağını öngörüyor.
