Mavi, kuantum bilgisayarların rengi olabilir

İngiltere'de 5 sterlin banknotunda yaygın olarak kullanılan bir mavi boya, Birleşik Krallık ve Kanada'daki fizikçilerin, bu maddenin elektron dönü özelliğinin şaşırtıcı derecede uzun kuantum ayrılma değerlerine sahip olduğunu keşfetmesinin ardından spintronik cihazlarda önemli olabileceği vurgulandı. Marc Warner ve University College London ve University of British Columbia'daki çalışma arkadaşları bakır ftalosiyanin (CuPc) molekülünün (1930'lardan beri bir boyar madde olarak kullanılmaktadır), uzaklaşma sürelerinin 3 µs kadar uzun olabileceğini buldular. Bu süreler elmastaki azot boşluğu (nitrogen vacancy olarak bilinir) safsızlıklarıyla ilişkilendirilen dönülere göre hâlâ daha kısa ise de, elmas türevi bu malzemelerle çalışmak oldukça zor.

Spintronik, bir elektronun dönüsünü ve elektriksel yükünü kullanarak yukarı dönüleri ikili sistemde “1”, aşağı dönüleri de “0” olarak ifade etmek denebilir. Prensipte, spintronik devreler geleneksel elektroniğe nazaran çok daha küçük boyutta ve enerjice daha etkin bir şekilde tasarlanabilir. Bu kavram ayrıca “qubit” denen kuantum bilgi parçacıkları olarak işleyecek tekil elektronlara da uyarlanabilir ve kuantum bilgisayarların temeli atılabilir. Buradaki büyük bir zorluk ise pratik cihazlarda bilgiyi saklayacak ve işleyecek kadar uzun yaşayabilen dönü haline sahip malzemeleri bulmakta yatıyor.

Bu son çalışmada, Warner ve arkadaşları moleküler biriktirme tekniği kullanarak 1000'er tabaka CuPc ve metalsiz ftalosiyanin (H2Pc) tabakası içeren bir film hazırladılar. CuPc ile H2Pc arasındaki oranı nispeten düşük tuttular (farklı örneklerde %0,1 ile 10 arasında değişiyor), böylece bakır atomları arasındaki ortalama mesafe dönülerinin birbiriyle etkileşmesini engelleyecek kadar büyük oluyor ve durulma zamanları da kısalmış oluyor.

Araştırma ekibi elektron dönü rezonansı (ESR) kullanarak dönü hallerinin ne kadar sürdüğünü ölçmüş ve teknikte manyetik alana bir örnek yerleştiriliyor, sonra da mikrodalga kullanılarak dönü halleri arasında geçişlerin olması sağlanıyor. Araştırmacılar dönü halleriyle ilgili iki özel zaman parametresi ile ilgilenmiş. Bunlardan biri “nüfusa dayalı durulma zamanı” (T1) olup aynı yönde bulunan bir dönü grubunun ne kadar zaman sonra yönlerinin dağıldığını ölçüyor. T1 parametresi, kuantum bilgisi içermeyen spintronik uygulamalarında önemli bir parametredir. Diğer parametrenin adı da “faz hafıza zamanı” veya ayrılma zamanı olup T2 ile ifade ediliyor, bu parametrenin anlamı da kuantum bilgisinin bakır atomunun dönüsü içinde ne kadar uzun süre saklanabildiği şeklinde açıklanıyor.

Filmlerde T1 değeri ölçüldüğünde, örnek içindeki CuPc miktarı arttıkça durulma zamanlarında ani bir düşme gözlenmiş. CuPc ile H2Pc arasındaki oran yaklaşık %0,1 iken T1 değeri 0,1 s kadar bulunmuş. Ancak bu oran %10'a çıktığında T1 değerinin 10 µs'ye kadar düştüğü tespit edilmiş. Bu ölçümler mutlak sıfır noktasına oldukça yakın olan 5 Kelvin derecede yapılmış, ancak sıcaklık 80 K'ye çıkarıldığında %0,1 T1 değerinin de 10 µs'ye düştüğü görülmüş.

Kuantum bilişim için daha fazla potansiyel

T2 değerine geldiğimizde, ekip %0,1'lik örnekte dönülerin ayrılma değerlerini 5 K'de 3 µs'de koruduğunu ve 80 K'de yaklaşık 1 µs'ye düştüğünü tespit etmiş. Performans, elmasta NV safsızlıkları ile ilişkilendirilen dönüler kadar iyi değil ve bazı fizikçiler kuantum bilgisayarları oluşturmak için bu özelliğin çok faydalı olacağını düşünüyor. Ancak, CuPc elmas türevi ve kuantum bilişim için düşünülen bazı diğer malzemeler ile karşılaştırınca oldukça kolay çalışılan bir malzeme.

Warner, ABD'deki Harvard üniversitesi'nde çalışıyor ve konu hakkında şöyle diyor: “Araştırmamız yaygın bir mavi renkli boyar maddenin kuantum bilişim için daha önce düşünülen daha garip pek çok molekülden daha uygun olduğunu gösteriyor”

Nispeten uzun durulm azamanlarına sahip olmasının yanında, CuPc molekülünün kuantum bilgisayarlarda kullanılmasını çok çekici hale getirecek başka özellikleri de var. Elmaslarda NV safsızlıklarından farklı olarak, CuPc görünür ışıkla kuvvetli bir etkileşime giriyor: kuantum bilgisini işlemek için dönüleri ve ışığı kullanabilecek kuantum cihazları yapılmasında çok faydalı olabilecek bir özellik bu. Malzeme aynı zamanda fiziksel ve kimyasal olarak kolay bir şekilde değiştirilebiliyor, böylece birçok uygulamada kullanılmak üzere “ince ayar” yapılabiliyor.

Araştırma hakkında daha ayrıntılı bilgi edinmek için Nature dergisindeki makaleyi inceleyebilirsiniz.

Kaynak: http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/nov/07/blue-could-be-the-colour-for-quantum-computers

Çevirenin notu: Ftalosiyanin bileşikleri Türkiye'de sentetik organik kimya ve anorganik kimyacıların çok rağbet ettiği bir çalışma alanı olup kolay sentezlenmesi, ilginç spektral özellikleri nedeniyle araştırmacıların çabucak bilimsel yayın üretebildiği bir konu olarak 30 yıldan fazla bir süredir çalışılmaktadır. Ne var ki, ülkemizdeki bilimsel anlayış bu moleküllerin literatürde bulunmayan türevlerinin sentezlenmesi ve karakterize edilmesi ile sınırlı kalmaktadır. Oysaki bir çalışmanın “adam gibi” olmasını sağlayacak özellikler bundan sonra başlamaktadır. Yurtdışındaki çalışma gruplarının dikkatini çekecek, eleman değiş tokuşu ve ziyaretleri yapılabilecek, bazı hallerde patentleşebilecek çok değerli çalışmaların önü “bir an önce yayın yapma ve yayın sayısını artırma” ihtirası yüzünden kimsenin rağbet etmediği “dijital çöp” haline gelen yayın sürüsü oluşmasına neden olmakta ve tek faydası da yapan kişilerin dosyalarına ilave ederek akademik yükseltme ölçütlerini karşılamaya çalışması şeklinde sonuçlanmaktadır. Etik anlayışı da bir derecede zorlayan bu tarz faydasız bilimsel arayışların sona ermesini ve “ne işe yarıyor?” sorusunu gerçekten cevaplayabilecek, ses getiren yayınların üretileceği bir bilimsel ortamın oluşmasını diliyorum.

+ Yorum bulunmuyor

Yorum yap