İki titiz kuantum cihaz gerektiren temel elektrik birimlerini tanımlamak – ancak şimdi bilim adamları elektrik ölçümlerimizi standartlaştırmanın daha kolay bir yolunu buldular.
Elektriği ölçmek için standart birimlere ihtiyacımız var
Tek bir kuantum cihazı, elektriği anlamak için kullandığımız üç birimin hepsini de tanımlayabilir.
Elektriği ölçtüğünüzde, akışın akımını amperlerde, ohmlardaki direncini ve volt cinsinden voltajını bulmanız gerekir. Ancak başlamadan önce, araştırmacılar bu birimlerin her birinin büyüklüğü üzerinde anlaşmalıdır. Şimdiye kadar, bu iki ayrı kuantum cihaz ve çoğu zaman iki ayrı laboratuvar ziyaret etme maliyetli ve karmaşık görevi gerektiriyordu.
Şimdi, Maryland ve meslektaşlarındaki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nde (NIST) Jason Underwood, bu birimleri tek bir cihaz kullanarak nasıl karakterize edebileceğimizi gösterdiler. “Bu iki kuantum standardı entegre etme fikri her zaman bir tür kutsal bir kâse” diyor. “Uzun zaman oldu. Sisyphus gibi, kayayı tepeden yukarı itmeye devam ettik.”
Bu entegrasyon zorlayıcıydı çünkü her iki cihaz da sadece çok düşük sıcaklıklarda gözlemlenebilen kırılgan kuantum fenomenlerine dayanıyor – bu nedenle düşük kriyostatlar adı verilen özel buzdolaplarında çalıştırılmalıdır. Geleneksel olarak, bir cihaz da diğerinin çalışmasını bozan manyetik bir alan gerektiriyordu.
Yeni “One Box” yöntemi, manyetik alan olmadan kuantum hilelerini gerçekleştirebilen yeni bir materyal kullanarak bu sorunu ortadan kaldırır, bu nedenle daha önce ayrı tutulması gereken iki kuantum sistem aynı kriyostatta çalışabilir. Ekip, her birimin birkaç milyonunda küçük belirsizliklerle amper, ohm ve volt elde etmek için kullandı.
Araştırmacılar birleşik cihazı pratikte kullanmadan önce, doğruluğu daha da artırılmalıdır. Şimdilik, iki sistemin ve kablolarının yan yana konulduklarında birbirlerini nasıl ısıtmasıyla sınırlıdır. Ayrıca, Kaliforniya’daki Stanford Üniversitesi’nde Linsey Rodenbach, iki sistemin birlikte çalışmasını sağlayan hala “çocuk” kuantum materyalini mükemmelleştirmek için çalışmalar devam ediyor.
Projeyi niteliksiz bir başarı olarak görmesine rağmen, Underwood, ekibin daha yüksek doğruluklara ulaşmasını engelleyen başka bir şeyin, ABD hükümeti tarafından finanse edilen NIST’de kötü koşullar olduğunu söylüyor. Özellikle, birden fazla NIST binasının kötüleştiğini tespit eden 2023’teki bir çalışmada açıklandığı gibi, kurumun “ufalanan altyapısını” kaydetti. Nist yorum yapmayı reddetti.
Norveç Metroloji Servisi’nden Susmit Kumar, yeni cihazın “etkileyici bir mühendislik başarısı” olduğunu ve kuantum elektrik standartlarını dünya çapında bilim adamları ve teknoloji geliştiricileri için daha uygun maliyetli ve daha kolay erişebileceğini söylüyor. Ohm’u belirlemek için kullanımı daha kolay bir cihaz geliştirmek için yeni malzemeler kullanan Quahmet Konsorsiyumu’nun bir parçasıdır.
Uluslararası Ağırlık ve Önlemler Bürosu’ndan emekli olan Richard Davis, “Uluslararası birimler sistemi, tüm bilim adamlarının ve mühendislerin kullandığı ortak bir dildir. Bunu mümkün olduğunca yararlı hale getirmek istiyorsunuz” diyor. Şu anda kullanımda olan farklı cihazları birleştirme çabalarının ileriye doğru hızlanmak zorunda olduğunu söylüyor.
