Uzaydan daha soğuk, iki boyutlu kuantum soğutma sistemi

İsviçre’deki EPFL Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, uzaydan bile daha soğuk olabilen iki boyutlu bir kuantum hesaplama sistemi geliştirdi. Bu yenilik, kuantum hesaplama alanında büyük bir ilerleme olarak bedellendiriliyor zira klasik soğutma usulleri bu alandaki gelişmeleri engelliyordu. Yeni teknoloji, mevcut kuantum bilgisayarlarına kolaylıkla entegre edilebilen hazır kesimler kullanıyor.

EPFL’deki Nanoölçekli Elektronik ve Yapılar Laboratuvarı’nda (LANES) doktora öğrencisi olan Gabriele Pasquale, “Soğuk bir ofisteki bir dizüstü bilgisayarı düşünün; dizüstü bilgisayar çalışırken tekrar de ısınır ve bu, odanın sıcaklığının artmasına neden olur” diyor ve devam ediyor: “Kuantum hesaplama sistemlerinde, kübitleri bu ısıdan koruyacak bir düzenek mevcut değil. Bizim aygıtımız, gerekli soğutmayı sağlayabiliyor.“

Kübitlerin fonksiyonunu sürdürebilmesi için -273 santigrat dereceye kadar soğutulması gerekiyor. Lakin, kuantum hesaplamayı yöneten elektronik aygıtlar, bu düşük sıcaklıklarda bile ısı üretmeye devam ediyor ve bu ısının dağıtılması zor bir sorun oluşturuyor.

Uzaydan Bile Daha Soğuk

Mevcut teknoloji, kuantum ve elektronik devreleri ayırırken, EPFL’nin yeni aygıtı üretilen ısıyı elektriğe dönüştürüyor. LANES’in iki boyutlu kuantum soğutma cihazı, testler sırasında 100 milikelvinlik soğutulmuş bir ortamda ısıyı voltaja dönüştürmeyi başardı; bu sıcaklık, uzaydan bile daha soğuk. Araştırma ekibi, bulgularını Nature Nanotechnology mecmuasında yayımladı.

Bu yenilikçi aygıt, grafenin harika elektriksel iletkenliğini, indiyum selenidin yarı iletken özellikleriyle birleştiriyor. Yalnızca birkaç atom kalınlığında ve iki boyutlu bir obje davranıyor.

Bu eşsiz yapı, EPFL’nin yeni kuantum soğutma aygıtına üstün bir performans sağlıyor. Aygıt, Nernst tesirini kullanarak verimliliğini artırıyor. Nernst tesiri, bir objeye dik bir manyetik alan uygulandığında elektrik voltajı oluşturan bir termoelektrik olgudur. Aygıtın iki boyutlu olması, mühendislerin verimliliğini elektronik olarak ayarlamasına imkan tanıyor.

Düşük sıcaklıklarda termogüç dönüşümü, akademik ve bilimsel alanda gereğince araştırılmamış bir husus. Bu yeni gelişme, bu alanda çok önemli bir adım olarak görülüyor. LANES ekibi, aygıtlarının mevcut düşük sıcaklıklı kuantum devrelerine entegre edilebileceğini belirtiyor. Ayrıyeten, kolaylıkla elde edilebilen elektronik modüller kullanıyor.

“Nanoteknolojide Büyük İlerleme”

Bu, yeni iki boyutlu kuantum soğutma sisteminin pahalı yükseltmelere gerek kalmadan mevcut kuantum hesaplama donanımına uygulanabileceği ve seri üretime geçilebileceği manasına geliyor. Bu erişim kolaylığı, daha fazla laboratuvarın yakında sistemi kuantum bilgisayarlarına ekleyerek test etmesini sağlayacak.

Pasquale, “Bu bulgular nanoteknolojide çok önemli bir ilerlemeyi temsil ediyor ve milikelvin sıcaklıklarında kuantum hesaplama için gerekli olan gelişmiş soğutma teknolojilerinin geliştirilmesi için umut vadediyor” diyor ve ekliyor: “Bu muvaffakiyetin gelecekteki teknolojilerde soğutma sistemlerinde ihtilal yaratabileceğine inanıyoruz.“