Finlandiya’daki araştırmacılar, bir zeptojoule’un altında enerji ölçebilen ultra hassas bir kuantum sensörü geliştirdi.

Zeptojoule, günlük hayatta karşılığı neredeyse hissedilemeyecek kadar küçük bir enerji birimi olarak tanımlanıyor ve 10^-21 joule değerine karşılık geliyor.

Araştırmada ölçülen enerji miktarı ise yalnızca 0,83 zeptojoule seviyesinde gerçekleşti.

Neden Önemli?

Kuantum teknolojilerinde en büyük zorluklardan biri çok zayıf sinyalleri bozmeden ölçebilmek.

Özellikle kuantum bilgisayarlarda kullanılan mikrodalga fotonları son derece düşük enerji taşıyor. Bu nedenle bilim insanlarının bu sinyalleri güvenilir biçimde okuyabilmesi büyük önem taşıyor. Yeni sensör teknolojisinin, hem kuantum cihazlarının daha doğru analiz edilmesine hem de astrofizik alanındaki hassas deneylere katkı sağlayabileceği belirtiliyor.

Çalışmanın Arkasında Kimler Var?

Araştırma Finlandiya’daki önemli kuantum kuruluşlarının iş birliğiyle yürütüldü.

Projeye Aalto Üniversitesi’nden Prof. Mikko Möttönen liderlik etti. Çalışma, IQM ve VTT araştırma merkezlerinin katkısıyla gerçekleştirildi. Sonuçlar ise “Zeptojoule Calorimetry” başlığıyla Nature Electronics dergisinde yayımlandı.

Sensör Nasıl Çalışıyor?

Cihaz, çok küçük ısı değişimlerini ölçen bir kalorimetre sistemi kullanıyor.

Sensör; süperiletken ve normal iletken metallerin birleşiminden oluşuyor. Süperiletkenler, çok düşük sıcaklıklarda elektriği dirençsiz şekilde iletebiliyor. Ancak bu durum aynı zamanda sistemi oldukça hassas hale getiriyor. Sıcaklıktaki en küçük değişim bile süperiletken yapıyı etkileyebiliyor. Araştırmacılar da tam olarak bu hassasiyetten yararlandı.

Mikrodalga Sinyalleri Ölçüldü

Çok zayıf bir mikrodalga darbesi bile sensörde fark yaratabiliyor.

Mikrodalga sinyali sensöre ulaştığında, ultra soğuk iletken bölümde çok küçük bir sıcaklık değişimi meydana geliyor. Bilim insanları gelişmiş filtreleme yöntemleriyle bu değişimi ölçerek bir zeptojoule’un altındaki enerjiyi doğrulamayı başardı.

Tek Foton Sayımı Hedefleniyor

Yeni teknoloji gelecekte tek tek fotonları algılayabilir.

Bu gelişme yalnızca kuantum bilgisayarlar için değil, uzaydaki çok zayıf sinyalleri inceleyen araştırmalar açısından da önemli görülüyor. Bilim insanları, sensörün ileride aksiyon adı verilen ve karanlık madde adayları arasında gösterilen hipotetik parçacıkları araştıran deneylerde kullanılabileceğini düşünüyor. Ancak araştırmacılar özellikle bir noktayı vurguluyor: Bu sensör karanlık madde keşfetmedi. Geliştirilen teknoloji yalnızca gelecekte yapılabilecek daha hassas ölçümlerin önünü açıyor.

Kuantum Bilgisayarlarla Uyumlu

Sistem, kuantum işlemcilerle benzer sıcaklıklarda çalışıyor.

Birçok kuantum bilgisayarı mili-kelvin seviyelerinde, yani mutlak sıfıra çok yakın sıcaklıklarda çalışıyor. Yeni kalorimetre de benzer koşullarda işlev gördüğü için ileride kuantum sistemlerine daha doğal şekilde entegre edilebileceği düşünülüyor. Bu sayede sinyallerin güçlendirilmeden doğrudan okunması mümkün olabilir.

Henüz Laboratuvar Aşamasında

Teknoloji şimdilik deneysel olsa da önemli bir eşiğin aşılmasını sağladı.

Araştırmacılara göre çalışmanın asıl değeri, kalorimetrik yöntemlerle bugüne kadar ulaşılması çok zor görülen enerji seviyelerinin artık ölçülebiliyor olmasıdır. Kuantum dünyasında ilerleme çoğu zaman daha güçlü makinelerden değil, doğanın en zayıf sinyallerini duyabilecek kadar hassas ölçüm yöntemlerinden geçiyor.