Biz yaparız! Kuantum kübitler

Elmas, doğada nadir bulunan, karbon bazlı grafitten farklı bağ yapısına sahip karbon bazlı bir taştır. Doğada en yüksek sertliğe sahip ve günümüzde makine ve teçhizatların korozyona karşı daha dayanıklı olmasında kullanılmaktadır. Diğer kullanım alanları mücevherattır, doğal olan ve laboratuvar ortamında yapay olanları da mevcuttur. Yarı iletken teknolojisinde ise geniş bir kullanım alanı oluşmuştur. Optoelektronik (optik-elektronik) alanında vazgeçilmez bir malzeme haline gelmiştir. Birçok alanda kullanılan elmaslar polikristal yapıdadır, atom dizilimleri düzenli değildir; ancak biz bugün tek kristal elmas, atom dizilimleri kontrollü ve düzenli olan elmas yapılarını ve kuantum işlemciler ile ilişkisini inceleyeceğiz.

Tek kristal elmaslar, vakum ortamında hidrokarbon gaz moleküllerinin mikrodalga rezonansı ile enerjisi yükseltilerek moleküler bağı kopartılan karbon atomunun yüksek momentum ile bir altlık üzerinde biriktirilmesi ile oluşturulur.

Bu sistemlerde atom dizilimleri düzenlidir ve bu düzenlerin yönelimlerine ve dahi saflığına karar verebiliyoruz. İşte tam bu noktada kuantum işlemciler devreye girmektedir. Saf karbon atomlarının bir altlık üzerinde büyüme aşamasında kontrollü bir şekilde safsızlığı yönetilebilmektedir. Azot atomlarının oluşturduğu safsızlık ortamında kurulan bağlarda artık bir elektronun kafes içerisinde bulunması kuantum kuyularının oluşmasına neden olmaktadır. Terminolojik ismi NV (Nitrogen Vacancy) olan kuantum kuyuları, elektronun kuantsal durumunu bizlere göstermektedir; çünkü nano boyutlarda fizik kanunları değişmektedir.

ÇALIŞMALAR DEVAM EDİYOR

Mikron ve üstü boyutlarda klasik mekanik geçerliyken, nano ve altı boyutlarda kuantum mekaniği geçerliliğini korumaktadır. Artık bu noktada iki olasılık değil birçok olasılık mevcuttur. Klasik mekanikte bit, bir durum ya da diğeri olabilir; ancak kuantum mekaniğinde kübit, yani aynı anda her iki durumun bir kuantum süperpozisyonu içinde olabilmektedir. Kuantum mekaniğinde olasılık hesabı yapılmaktadır, elektronun konum ve momentum durumu bir olasılık üzerine belirlenir; ancak konum, momentum ikilisinden birinin belirlenmesi diğerinde bir belirsizliğe neden olmaktadır (Heisenberg Belirsizlik İlkesi). Örnek verecek olursak konumu yüzde 60 olasılıkla belirlerken hızın belirlenme olasılığı yüzde 40 bulunmaktadır. Bu da bizlere aynı anda birçok olasılık hesabını yapabilmemize olanak sağlamaktadır. Kubitler, bitlerden işlem bazında daha hızlı değildir; ancak aynı anda birçok olasılığı hesapladığı için kubitler, bitlerden daha hızlı sonuç iletmektedir.

Kuantum optik teknolojisinde sistem kübit içinde yer alan elektronun, lazer ya da mikrodalga ile uyarılmasından oluşmaktadır. Kuantum optik teknolojisinin dezavantajlarına gelecek olursak, lazer ya da mikrodalga ile uyarılan elektronun süperpozisyonu hareketli ortamlarda verilerin sapmasına neden olmaktadır. Şu anda bu problem üzerine çalışmalar devam etmektedir. Dünyada bu çalışmalar devam ederken Türkiye’de ise durum pek de iç açıcı değildir. Birkaç laboratuvar kuantum dot üzerine çalışsa da yeterli kaynak bu sistemler için ayrılmamaktadır. Kuantum işlemciler, Türkiye’nin geriden takip etmemesi gereken sistemlerdir. Lütfen bu konuda geç kalmayalım.

Kaynakça:

1. https://phys.org/news/ 2021-12-flawed-diamonds-interface-quantum.html

2. https://www.researchgate. net/figure/Commercially-synthesized-electronic-grade-single-crystal-CVD-diamond-plates20_fig2_223125872

3. https://www.semanticscholar.org/paper/Quantum-Superposition-of-Communication-Lines-Wenxu/decf3d0bc-2822c6e15bb b38b4c5ff04 b82b0a4b9