Kuantum hesaplama sistemleri hakkında bugünlerde hayli fazla şey ortaya çıkıyor. Lakin şimdi büyük ölçekli hesaplamalar yapabilen, büsbütün çalışır durumda, güçlü bir kuantum bilgisayar inşa edilmiş değil. Bunun en büyük nedeni kuantum bilgisayarları serin tutacak teknolojiye sahip olmamamız. Lakin Lozan’daki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü‘ndeki (EPFL) araştırmacılar, 2D kuantum soğutma sistemi ile bu pürüzü aşarak bir ihtilali başlatıyor.
Kuantum hesaplamada değerli gelişme
Kuantum bilgisayarların en temel üniteleri olan kübitlerin (geleneksel bilgisayarlardaki 1 ve 0’lar üzere düşünülebilir fakat her iki muhtemellikte da olabilirler) çalışabilmesi için -273 derece yani mutlak sıfır sıcaklığına muhtaçlık duyuluyor. Bu, uzayın derin bölgelerindeki sıcaklıklardan bile daha soğuktur. Lakin, bu kadar düşük sıcaklıklara ulaşmadan bir kuantum sisteminin çalışmasını sağlamak en azından şimdilik mümkün değil.
Dünyada çeşitli araştırmalarda mutlak sıfır sıcaklığına ulaşabiliyoruz fakat kuantum bilgisayarlarda bu sıcaklığın sürekliliği çok değerli. Kübitleri soğutacak kadar güçlü bir aygıt yapsanız bile diğer bir büyük zorluk daha var. Kuantum devrelerinin ve kübitlerin çalışmasını sağlayan birçok elektrikli bileşen daima olarak ısı üretiyor ve bu da ultra düşük sıcaklıkların korunmasını zorlaştırıyor. Birçok klâsik kuantum soğutma yolu, bu cins elektrikli bileşenleri kuantum devrelerinden ayırmayı içeriyor. Bu da haliyle kuantum bilgisayarları yalnızca laboratuvar ortamlarına sıkıştırıyor.
Şöyle düşünün; Serin bir odada elinizde bulunan bir oyun bilgisayarı ile hiç durmadan oyun oynuyorsunuz. Bilgisayar çalıştıkça soğutması olmasına karşın bir noktaya kadar ısınacak ve bu ısı vakit içerisinde odanın da sıcaklığını artıracak. Kuantum hesaplama sistemlerinde kübitleri daima serin tutacak bir sistem yoktu. Lakin EPFL araştırmacıları bu soğutmayı sağlayacak bir aygıt geliştirdi.
Çözüm 127 yıllık bir fenomende yatıyor
EPFL araştırmacılarının geliştirdiği 2D kuantum soğutma sistemi değişik bir biçimde 127yıllıkNernst tesirinden yararlanıyor. Bu tesir sayesinde aygıt, sıcaklığı değişen bir objeye dik olarak manyetik alan uygulandığında elektrik voltajı üretiyor. Laboratuvardaki aygıtın iki boyutlu yapısı (birkaç atom kalınlığında), bu düzeneğin verimliliğinin elektriksel olarak denetim edilmesini sağlıyor. Bu kadar düşük sıcaklıklarda ısıyı tansiyona dönüştürmek çoklukla son derece zordur fakat yeni aygıt ve Nernst tesiri bunu mümkün kılarak kuantum teknolojisindeki kritik bir boşluğu doldurmuş oldu.
Araştırmacılar 2D aygıtı yüksek elektrik iletkenliği ile bilinen grafen ve kusursuz yarı iletken özellikler sunan indiyum selenit kullanarak inşa etti. Nernst tesiriyle bir ortaya getirilen soğutma sistemi sayesinde kuantum sistemi, daima ve yönetilebilir bir formda soğutulabiliyor.
Geliştirilen 2D aygıt birebir vakitte başarılı bir formda de test edildi ve -273 derecede ısıyı elektriğe dönüştürmeyi başardı. Araştırma takımı aygıtlarının mevcut düşük sıcaklık kuantum devrelerine entegre edilebileceğini söylüyor. Ayrıyeten basitçe elde edilebilen elektronikler kullanıyor. Münasebetiyle kıymetli olmayan seri üretim mümkün görünüyor.
