Kuantum bilgisayarlar, fiyatını araştıran herkesin bildiği gibi, baş belasıdır. Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklar (-273°C) gerektirirler ki bu kabaca uzayın boşluğunun sıcaklığıdır ve tesadüfen çoğu insanın bu teknolojiye olan sabrının sıcaklığına denk gelir. Ancak Stanford Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, ışık ve elektronların kuantum özelliklerini birbirine bağlayarak oda sıcaklığında çalışan nano ölçekli bir optik cihaz geliştirdi. Bu, kriyojenik bir tesis gerektirmeden uzun mesafeler boyunca bilgi iletebilen daha küçük, daha ucuz kuantum teknolojilerine yol açabilir.
Cihaz, kuantum iletişimi için temel bir gereklilik olan fotonlar (ışık parçacıkları) ve elektronlar arasında dolanıklık sağlıyor. Nature Communications'da yayımlanan çalışmanın kıdemli yazarı ve Stanford'da malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü Jennifer Dionne, malzemenin yeni olmadığını ancak kullanım şeklinin yeni olduğunu belirtiyor. "Elektronlar ve fotonlar arasında kuantum iletişiminin teorik temeli olan çok yönlü, kararlı bir spin bağlantısı sağlıyor. Ancak tipik olarak elektronlar spinlerini kullanışlı olmayacak kadar hızlı kaybediyor." Yani bunu düzelttiler.
Düzenek, ince desenli bir molibden diselenit (MoSe2) tabakasını nano desenli bir silikon alt tabaka ile birleştiriyor. Molibden diselenit, optik ve kuantum özellikleriyle değer verilen geçiş metali dikalkojenitleri (TMDC'ler) adlı bir ailenin parçası. Silikon nano yapılar, araştırmacıların "bükülmüş ışık" adını verdiği şeyi üretiyor. Makalenin ilk yazarı ve doktora sonrası araştırmacı Feng Pan şöyle açıklıyor: "Fotonlar tirbuşon gibi dönüyor, ancak daha da önemlisi, bu dönen fotonları kuantum hesaplamanın kalbi olan elektronlara spin kazandırmak için kullanabiliyoruz." Yani bu aslında çok küçük, çok hassas bir ışık bükücü.
Desenli nano yapılar, görünür ışık dalga boyları boyutunda - çıplak gözle görünmez, ancak fotonları yukarı veya aşağı döndürmek için manipüle etmede çok önemli. Bu bükülmüş ışık, elektron spinleriyle dolanık hale gelerek kuantum bilgisinin yapı taşları olan kübitleri oluşturabilir. Geleneksel hesaplamada sıfırlar ve birler varken, kuantumda kübitler işleri farklı yapmak için kuantum etkilerinden yararlanır. Büyük engel, genellikle önlemek için aşırı soğutma gerektiren dekoherans - kuantum bilgisinin kaybı - olmuştur. Bu cihaz, oda sıcaklığında çalışarak bunu aşar ve nispeten ucuz ve pratik hale getirir.
Daha da geliştirilirse teknoloji, güvenli iletişim, gelişmiş algılama, yüksek performanslı hesaplama ve yapay zekayı güçlendirebilir. Ekip, olağandışı kuantum özellikleri için TMDC malzemelerini seçti ve bu malzemelerde uzmanlaşmış Stanford araştırmacıları Fang Liu ve Tony Heinz ile işbirliği yaptı. Pan, "Her şey bu malzemeye ve silikon çipimize dayanıyor. Birlikte, fotonlar ve elektronlar arasında güçlü bir spin bağlantısı oluşturmak için ışığın bükülmesini verimli bir şekilde sınırlıyor ve güçlendiriyorlar. Bu, kuantum iletişimini mümkün kılan kuantum durumunu stabilize ediyor." diyor.
Araştırmacılar cihazı geliştirmeye devam ediyor, daha iyi performans için ek TMDC malzemeleri ve kombinasyonlarını araştırıyor. Ayrıca bu sistemlerin oda sıcaklığında şu anda mümkün olmayan yeni kuantum yeteneklerini açığa çıkarıp çıkaramayacağını da araştırıyorlar. Daha uzun vadeli bir hedef, bu tür cihazları daha büyük kuantum ağlarına entegre etmek ve ışık kaynakları, modülatörler, dedektörler ve ara bağlantılarda iyileştirmeler gerektiriyor. Nihayetinde, kuantum bileşenlerinin günlük elektronik cihazlar için küçültülebileceğini umuyorlar. Pan gülümseyerek, "Bunu yapabilirsek, belki bir gün bir cep telefonunda kuantum hesaplama yapabiliriz. Ama bu 10 yılı aşkın bir plan." diyor. Yani nefesinizi tutmayın, ama belki çok daha havalı bir telefon için plan yapmaya başlayın.