Stanford Universitesi’nden fizikciler, "fonon" (parcacığımsı) denilen bireysel ses parcacıklarını olcebilecek kadar hassas bir "kuantum mikrofon" geliştirdiler. 24 Temmuz tarihli Nature dergisinde detaylandırılan cihaz, ileride ışıktan ziyade sesi manipule ederek calışan daha kucuk, daha verimli kuantum bilgisayarların yolunu acabilir.
Stanford Universitesi Beşeri Bilimler ve Bilim Okulu'nda uygulamalı fizik profesoru ve aynı zamanda calışma lideri olan Amir Safavi-Naeini, “Bu cihazın gelecekteki kuantum makineleri icin yeni tip kuantum sensorlerine ve depolama cihazlarına imkÂn vermesini bekliyoruz” dedi.
İlk olarak 1907'de Albert Einstein tarafından onerilen fononlar, titrek atomların yaydığı titreşim enerjisi paketleri olarak tanımlanabilir. Bu bolunemez paketler veya kuantlar, frekanslarına bağlı olarak ses veya ısı olarak kendini gosterir. Işığın kuantum taşıyıcıları olan fotonlar gibi fononlar da olculur yani titreşimsel enerjileri ayrı bir değerle sınırlandırılır. Safavi-Naeini, “Ses, normalde deneyimlemediğimiz bir tanecikliliğe sahip cunku kuantum seviyesindeki sesler catlar” acıklamasında bulundu.
Mekanik bir sistemin enerjisi, urettiği fonon sayısına bağlı olarak “Fock” durumlarını (0, 1, 2 vb.) belirtir. Orneğin "1 Fock durumu", belirli bir enerjinin bir fononundan oluşur; "2 Fock durumu", aynı enerjiye sahip iki fonondan oluşur. Daha yuksek fonon durumları da daha yuksek seslere karşılık gelir. Bu sorunu ele almak icin Stanford ekibi, dunyanın en hassas mikrofonunu yani atomların fısıltılarını gizlice dinlemek icin kuantum prensiplerini kullanan bir muhendislik harikası tasarladı.
Sıradan bir mikrofonda, gelen ses dalgaları bir ic zarı oynatır ve bu fiziksel yer değiştirme olculebilir bir sinyale donuşturulur. Bu yaklaşım, bireysel fononları tespit etmek icin işe yaramaz cunku Heisenberg Belirsizlik İlkesi'ne gore bir kuantum nesnesinin konumu, değiştirilmeden tam olarak bilinemez. Bunun yerine fizikciler, Fock durumlarını (ve boylece fononların sayısını) doğrudan ses dalgalarında olcecek bir yontem geliştirdiler. Safavi-Naeini, "Kuantum mekaniği, bize konum ve momentumun kesin olarak bilinemediğini soyluyor ancak enerji hakkında boyle bir şey soylemiyor. Bu yuzden enerji sonsuz hassasiyetle bilinebilir” dedi.
Bilim insanlarının geliştirdiği kuantum mikrofon, sadece elektron mikroskobu ile gorulebilecek kadar kucuk olan bir dizi super soğutmalı nanomekanik rezonatorden oluşuyor. Rezonatorler, direncsiz ve hareket eden elektron ciftleri iceren bir super iletken devreye bağlanıyor. Devre, aynı anda iki durumda bulunabilen ve elektronik olarak okunabilen, doğal bir frekansa sahip olan bir kuantum bit veya kesiti oluşturuyor. Mekanik rezonatorler titreştiğinde, farklı durumlarda fononlar oluşturuluyor..
Arrangoiz-Arriola, "Rezonatorler, ses aynaları gibi hareket eden periyodik yapılardan oluşuyor. Bu yapay kafeslere mudahale ederek fononları, yapıların ortasında tutabiliyoruz" dedi. Araştırmacılar, bu fononları adeta bir kafese koydular ve fononların o kafesin duvarlarına carpmalarını beklediler. Kafesin duvarlarını sarsan fononların ortaya cıkardıkları mekanik hareketler, ultra ince teller yardımıyla kuantum bitlere taşındı. Bununla birlikte sistemi rezonatorlerin cok farklı frekanslarda titreştiği şekilde ayarlayan araştırmacılar, bu mekanik bağlantıyı zayıflattı ve dağıtıcı bir etkileşim olarak bilinen bir tur kuantum etkileşimini tetikledi.
Fononları tam olarak uretme ve tespit etme becerisine hÂkim olmak, ses parcacıkları olarak kodlanan bilgileri saklayabilen ve alabilen veya optik ve mekanik sinyaller arasında sorunsuz bir şekilde donuşturebilen yeni tur kuantum cihazlarının onunu acabilir. Bu tur cihazlar, fotonları kullanan kuantum makinelere gore daha kompakt ve verimli hÂle getirilebilir cunku fononların kullanımı kolay ve hafif parcacıklardan binlerce kez daha kucuk dalga boylarına sahip.
webtekno
Stanford Universitesi Beşeri Bilimler ve Bilim Okulu'nda uygulamalı fizik profesoru ve aynı zamanda calışma lideri olan Amir Safavi-Naeini, “Bu cihazın gelecekteki kuantum makineleri icin yeni tip kuantum sensorlerine ve depolama cihazlarına imkÂn vermesini bekliyoruz” dedi.
İlk olarak 1907'de Albert Einstein tarafından onerilen fononlar, titrek atomların yaydığı titreşim enerjisi paketleri olarak tanımlanabilir. Bu bolunemez paketler veya kuantlar, frekanslarına bağlı olarak ses veya ısı olarak kendini gosterir. Işığın kuantum taşıyıcıları olan fotonlar gibi fononlar da olculur yani titreşimsel enerjileri ayrı bir değerle sınırlandırılır. Safavi-Naeini, “Ses, normalde deneyimlemediğimiz bir tanecikliliğe sahip cunku kuantum seviyesindeki sesler catlar” acıklamasında bulundu.
Mekanik bir sistemin enerjisi, urettiği fonon sayısına bağlı olarak “Fock” durumlarını (0, 1, 2 vb.) belirtir. Orneğin "1 Fock durumu", belirli bir enerjinin bir fononundan oluşur; "2 Fock durumu", aynı enerjiye sahip iki fonondan oluşur. Daha yuksek fonon durumları da daha yuksek seslere karşılık gelir. Bu sorunu ele almak icin Stanford ekibi, dunyanın en hassas mikrofonunu yani atomların fısıltılarını gizlice dinlemek icin kuantum prensiplerini kullanan bir muhendislik harikası tasarladı.
Sıradan bir mikrofonda, gelen ses dalgaları bir ic zarı oynatır ve bu fiziksel yer değiştirme olculebilir bir sinyale donuşturulur. Bu yaklaşım, bireysel fononları tespit etmek icin işe yaramaz cunku Heisenberg Belirsizlik İlkesi'ne gore bir kuantum nesnesinin konumu, değiştirilmeden tam olarak bilinemez. Bunun yerine fizikciler, Fock durumlarını (ve boylece fononların sayısını) doğrudan ses dalgalarında olcecek bir yontem geliştirdiler. Safavi-Naeini, "Kuantum mekaniği, bize konum ve momentumun kesin olarak bilinemediğini soyluyor ancak enerji hakkında boyle bir şey soylemiyor. Bu yuzden enerji sonsuz hassasiyetle bilinebilir” dedi.
Bilim insanlarının geliştirdiği kuantum mikrofon, sadece elektron mikroskobu ile gorulebilecek kadar kucuk olan bir dizi super soğutmalı nanomekanik rezonatorden oluşuyor. Rezonatorler, direncsiz ve hareket eden elektron ciftleri iceren bir super iletken devreye bağlanıyor. Devre, aynı anda iki durumda bulunabilen ve elektronik olarak okunabilen, doğal bir frekansa sahip olan bir kuantum bit veya kesiti oluşturuyor. Mekanik rezonatorler titreştiğinde, farklı durumlarda fononlar oluşturuluyor..
Arrangoiz-Arriola, "Rezonatorler, ses aynaları gibi hareket eden periyodik yapılardan oluşuyor. Bu yapay kafeslere mudahale ederek fononları, yapıların ortasında tutabiliyoruz" dedi. Araştırmacılar, bu fononları adeta bir kafese koydular ve fononların o kafesin duvarlarına carpmalarını beklediler. Kafesin duvarlarını sarsan fononların ortaya cıkardıkları mekanik hareketler, ultra ince teller yardımıyla kuantum bitlere taşındı. Bununla birlikte sistemi rezonatorlerin cok farklı frekanslarda titreştiği şekilde ayarlayan araştırmacılar, bu mekanik bağlantıyı zayıflattı ve dağıtıcı bir etkileşim olarak bilinen bir tur kuantum etkileşimini tetikledi.
Fononları tam olarak uretme ve tespit etme becerisine hÂkim olmak, ses parcacıkları olarak kodlanan bilgileri saklayabilen ve alabilen veya optik ve mekanik sinyaller arasında sorunsuz bir şekilde donuşturebilen yeni tur kuantum cihazlarının onunu acabilir. Bu tur cihazlar, fotonları kullanan kuantum makinelere gore daha kompakt ve verimli hÂle getirilebilir cunku fononların kullanımı kolay ve hafif parcacıklardan binlerce kez daha kucuk dalga boylarına sahip.
webtekno
__________________