Kuantum kusurları, katı kristal kafeslerdeki bireysel elektronları ve onların “dönmelerini” (yani parçacıkların iç açısal momentumunu) yakalayabilen küçük kusurlardır. Bu kusurlar, kuantum sensörleri, bilgisayarlar ve iletişim sistemleri de dahil olmak üzere çeşitli kuantum teknolojilerinin işleyişinde merkezi öneme sahiptir.
Kuantum kusurlarının davranışını güvenilir bir şekilde tahmin etmek ve kontrol etmek bu nedenle çok önemlidir, çünkü belirli uygulamalar için özel olarak tasarlanmış daha iyi performans gösteren kuantum sistemlerinin geliştirilmesinin önünü açabilir. Kuantum teknolojilerinin güvenilirliğiyle yakından bağlantılı bir özellik, bir sistemdeki iki farklı dönüş durumu arasında ayrım yapmanın ne kadar net olduğunu esasen belirleyen, spin okuma kontrastı olarak adlandırılan özelliktir.
Harbin Teknoloji Enstitüsü (Shenzhen), HUN-REN Wigner Fizik Araştırma Merkezi, Şangay Mikrosistem ve Bilgi Teknolojisi Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi ve diğer enstitülerdeki araştırmacılar yakın zamanda gerinim mühendisliğinin (yani malzemeleri germek veya sıkıştırmak) kuantum kusurlarının nasıl davrandığını kontrol etmek ve kuantum sistemlerde dönüş okuma kontrastını arttırmak için kullanılabileceğini gösterdi.
Makaleleri şu tarihte yayınlandı: Fiziksel İnceleme Mektuplarıgelişmiş kuantum biyoalgılama cihazlarının ve diğer gelişmiş kuantum teknolojilerinin gerçekleştirilmesi için yeni olanaklar açabilir.
Makalenin kıdemli yazarlarından Adam Gali, Qinghai Song ve Yu Zhou, CEİD’a şöyle konuştu: “Makalemiz, özellikle oda sıcaklığında, katı hal kuantum kusurlu sistemlerde güvenilir spin okuması elde etme zorluğundan ilham aldı.”
“Gerilmenin, yüksek dönüşlü katı hal kusurlarının okuma kontrastını önemli ölçüde artırmak için potansiyel bir kontrol parametresi olabileceğini göstermeyi amaçladık; bu, kuantum teknolojilerinin ilerlemesi için çok önemlidir, örneğin ortam koşulları altında çalışan verimli kuantum sensörleri geliştirmek.”
İlk adım olarak, HUN-REN Wigner Araştırma Merkezi’nden Prof. Adam Gali liderliğindeki teorik fizikçilerden oluşan bir ekip yeni bir çerçeve geliştirdi. Bu çerçeve, bir sistemin dönüş okuma kontrastı ile yüksek dönüş kusurlarının elektronik yapısı arasındaki ilişkiyi açıklar.
Gali, “Daha sonra ilgili miktarları hesaplamak ve kontrastı ölçmek için başlangıçtan itibaren dalga fonksiyonlarını kullandık” diye açıkladı.
“Belirli gerilim alanlarının bu miktarları ayarlayabildiğini ve böylece okuma kontrastı üzerinde kontrol sağlayabildiğini varsaydık. Önceki teorik çalışmalarımızı temel alarak bu hipotezi test ettik ve gerilim kaynaklı önemli bir etki bulduk.”
Harbin Teknoloji Enstitüsü’ndeki Prof. Qinghai Song liderliğindeki başka bir araştırma grubu, Gali ve meslektaşlarının teorik çalışmasına dayanarak, dönüş okuma kontrastını kontrol etmek için gerinim mühendisliğinin potansiyelini değerlendirmeyi amaçlayan deneyler gerçekleştirdi.
Bu deneylerin bir parçası olarak ekip, silisyum karbür membranlar içindeki mevcut gerilimi kullandı ve bireysel kusurların dönüş özelliklerini ölçtü.
Song, “Deneylerimiz simülasyonları doğruladı ve önemli ölçüde geliştirilmiş bir okuma kontrastı gösterdi; bu da farklı dönüş durumları arasında daha etkili bir şekilde ayrım yapabileceğimiz anlamına geliyor” dedi.
“En önemli bulgumuz, gerinim mühendisliğinin kuantum kusurlarının dönüş okuma kontrastını artırmanın güçlü ve pratik bir yolu olduğu ve oda sıcaklığında %60’ın üzerine çıktığıdır.”
Gali, Song ve meslektaşlarının bu çalışması, kuantum sistemlerine uygulanan gerilimin dikkatli mühendisliğinin, bunların içindeki farklı dönüş durumları arasında ayrım yapma yeteneğini önemli ölçüde geliştirebileceğini gösteriyor. Araştırmalarının bir parçası olarak araştırmacılar, gerinim mühendisliğinin kuantum sensörlerin hassasiyetini önemli ölçüde artırabildiğini gösterdi.
Diğer araştırma ekipleri yakında bu makaleden ilham alabilir ve kuantum kusurlarını tam olarak kontrol etmek için diğer mühendislik tabanlı stratejiler tasarlamaya başlayabilir. Bu arada Gali, Song ve meslektaşları yaklaşımlarını geliştirmeye devam etmeyi ve diğer kuantum cihazlarının performansını artırma potansiyelini değerlendirmeyi planlıyor.
Song, “Gelecekteki planlarımız arasında gerinimi kontrol etmek için daha kesin yöntemler aramayı ve gerinim-dönme etkileşimlerinin temel fiziğinin daha doğru bir karakterizasyonuna ulaşmayı içeriyor” diye ekledi.
“Ayrıca gerinim mühendisliğini diğer kuantum kusur sistemlerine genişletmeyi ve bu gergin malzemeleri gelişmiş kuantum devrelerine entegre etmeyi amaçlıyoruz.”
Yazarımız Ingrid Fadelli tarafından sizin için yazılan, Sadie Harley tarafından düzenlenen ve Robert Egan tarafından doğrulukları kontrol edilen ve gözden geçirilen bu makale, insanların dikkatli çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse lütfen bağış yapmayı düşünün (özellikle aylık). Bir alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesaplayın.
