Cambridge araştırmacıları, istiflenmiş bir iki boyutlu malzemedeki ‘tek bir atomik kusurun’ ortam sıcaklığında mikrosaniyeler boyunca kuantum bilgi depolayabildiğini ortaya koydu. Söz konusu bulgu, kuantum teknolojileri gelişimi adına iki boyutlu malzemelerin ne kadar büyük bir potansiyele sahip olduğunu gösteriyor.
Bilim insanları Cavendish Laboratuvarı’nda ilk kez ince bir malzeme olan Altıgen Bor Nitrür (hBN) içindeki tek bir ‘atomik kusurun’ ortam koşullarında spin tutarlılığı sergilediğini ve bu spinlerin ışıkla kontrol edilebileceğini keşfetti. Spin tutarlılığı, bir elektronik spinin zaman içinde kuantum bilgisini muhafaza etme yeteneğini ifade ediyor. Ortam koşullarında kuantum özellikleri sergileyebilen malzemeler son derece nadir olduğundan bu keşif dikkate değer.
Nature Materials dergisinde yayınlanan bulgular, oda sıcaklığında erişilebilir spin tutarlılığının araştırmacıların önceden tahmin ettiklerinden daha uzun olduğunu gösteriyor. “Sonuçlar, belirli bir kuantum durumunu bu elektronların spini üzerine yazdığımızda, bu bilginin saniyenin ~1 milyonda biri kadar saklandığını ortaya koyuyor. Bu sistem kuantum uygulamaları için çok umut verici.” diyor makalenin ortak yazarı ve Cavendish Laboratuvarı’nda Rubicon doktora sonrası araştırmacısı olan Carmem M. Gilardoni.
Bu durum kısa bir özet gibi görünebilir, ancak dikkate değer olan kısım, bu sistemin herhangi bir özel koşul gerektirmemesi; hBN, spin kuantum durumunu normal sıcaklıkta ve büyük mıknatıslar kullanmadan saklayabilme potansiyeline sahip.
hBN, Bu Amaç Doğrultusunda Nasıl Kullanılacak
Altıgen Bor Nitrür (hBN), kağıt tabakalarına benzer şekilde üst üste dizilmiş bir atom kalınlığındaki katmanlardan oluşan ultra ince bir malzeme. Bu katmanlar moleküllerin kuvvetleri tarafından bir arada tutuluyor. Bununla birlikte bu katmanlar, içinde moleküllerin hapsolduğu bir kristale benzer şekilde ‘atomik kusurlara’ sahip olabilir. Bu kusurlar, iyi tanımlanmış optik geçişlerle görünür ışığı emip yayabilir ve küçük ölçekte elektron tuzakları olarak çalışabilir. hBN’deki bu gibi ‘atomik kusurlar’ sayesinde bilim insanları artık bu tuzaklanmış elektronların nasıl davrandığını araştırabilme yetisine sahip olup genel anlamda elektronların manyetik alanlarla etkileşime girmesini sağlayan spin özelliğini araştırabilirler. Asıl heyecan verici olan ise araştırmacıların ortam sıcaklığında bu kusurlardaki elektron spinlerini düzenlemek ve değiştirmek için ışığı kullanabilmeleri.
Bu keşif, başta algılama teknolojileri olmak üzere gelecekteki teknolojik uygulamaların önünü açıyor.
Ancak sistemin spin tutarlılığı ilk kez belgelendiği için teknolojik uygulamalara hazır hale gelmeden önce öğrenilmesi gereken çok şey var. Bilim insanları hala bu kusurları daha iyi ve daha güvenilir hale getirmenin yolları üzerinde çalışıyor. Şu anda spin depolama süresini ne kadar uzatabileceğimizin yanı sıra zaman içinde kusur kararlılığı ve yayılan ışığın kalitesi gibi kuantum-teknolojik uygulamalar için kritik olan sistem ve malzeme parametrelerini optimize edip edemeyeceğimizi araştırıyorlar.
Akademisyenlerin Düşünceleri
Makalenin ilk yazarı Dr. Hannah Stern. “Bu teknolojiyle çalışmak bize temel malzeme araştırmaları yapmanın değerini gösterdi. HBN sistemine gelince, bir alan olarak, gelecekteki kuantum teknolojileri içinde kullanılmak üzere diğer yeni malzeme platformlarında uyarılmış durum dinamiklerinden yararlanabiliriz.” diyerek düşüncelerini belirtiyor. Stern bu araştırmayı Cavendish Laboratuvarı’nda yürüttü ve şu anda Royal Society Üniversite Araştırma Görevlisi ve Manchester Üniversitesi’nde Öğretim Görevlisi.
Araştırmacılar gelecekte sistemi kuantum sensörler ve güvenli iletişim de dahil olmak üzere çeşitli yönlerde genişletmeyi planlıyor. “Gelecek vaat eden her yeni sistem mevcut malzemelerin alet çantasını genişletecek ve bu yöndeki her yeni hamle kuantum teknolojisinin ölçeklenebilir uygulamasını hızlandıracaktır. Bu bulgular, katmanlı malzemelerin bu hedeflere ulaşmadaki potansiyelini desteklemektedir,” diyor deneyi yöneten Cavendish Laboratuvarı Başkanı Profesör Dr. Mete Atatüre.
Söz konusu Elektron Spininin Kuantum Bilgisini Aktarma Durumuna ilişkin yeni bir araştırmaya da bu bağlantıdan ulaşabilirsiniz.
Haberin kaynağı: phy.cam.ac.uk/news/2d-materials-catalyst-future-quantum-technologies
Derleyen: Erdem Gözay
