Yeni Zemin Kazanmak: Elmasın ‘Renk Merkezleri’ni Manipüle Etmenin Veri Depolamayı Dönüştürebilmesi

Elmaslardaki renk merkezleri, araştırmacılar ve bilimsel topluluk tarafından最近 geçmişte büyük ilgi görmüştür. Artan depolama gereksinimlerimizi karşılamada nasıl yardımcı olabileceğini daha derinlemesine incelemeye başlamadan önce, elmaslardaki bu renk merkezlerinin ne olduğu konusunda kısa bir anlayışa sahip olalım.

Renk Merkezleri Nedir?

Renk merkezleri, bir malzemenin bağ yapısında oluşan defektlerdir. Bu bağlar, molekül içinde atomlar veya iyonlar arasındaki uzun süreli çekimi ifade eder. Atomları veya iyonları birleştiren kuvvet, zıt yükteki iyonlar arasındaki elektrostatik kuvvetlerden kaynaklanabilir. Ayrıca, elektronların paylaşılmasıyla da oluşabilir.

Bağ yapısındaki defektler, delikler, eksitonlar, boşluklar veya safsızlıklar gibi çeşitli formlarda ortaya çıkabilir. Eksitonlar, aslında heyecanlanmış durumlarına sıkışan elektronlardır.
Renk merkezleri, malzemenin bağ yapısının değiştiği yerel noktalar olarak var olurlar. Renk merkezlerinin oluşumu, malzemenin molar refraktivitesinin değişmesine neden olur. Ancak elmaslarda, renk merkezleri kuantum uygulamaları için yararlıdır.

Daha da önemlisi, bilimsel topluluk, son birkaç yıldır renk merkezlerini iyileştirilmiş optik özellikleri için araştırmıştır. Nitrojen-boşluk merkezinin, yüksek spin temel durumu ve favorable spin koherez thời ile birlikte özellikle yararlı olduğunu bulmuşlardır.

Son olarak, New York Şehir Koleji (CCNY) fizikçileri, elmaslardaki veri depolama kapasitesini potansiyel olarak güçlendirebilecek ve genişletebilecek bir teknik geliştirdiler.

Buraya tıklayarak kuantum bilgisayarındaki şirketlerin listesine ulaşabilirsiniz.

Optik Veri Depolama Kırdığı: Elmaslardaki Renk Merkezleri ve Bilimsel Kırdı

Araştırma, “Reversible Optical Data Storage below the Diffraction Limit” başlıklı bir makale olarak yayınlandı. Spektral alanda depolamayı çoklu olarak sağlama teknolojisine dayanır. Bu, aynı noktada farklı görüntülerin depolanmasına olanak tanır. Sadece biraz farklı bir renkli lazer kullanılması gerekir. Sonuç olarak, aynı mikroskobik noktayı paylaşan farklı atomlarda çeşitli bilgiler depolanabilir.

CCNY’de postdoctoral araştırma görevlisi Tom Delord, bu yöntemin “yüksek kapasiteli depolama” gerektiren “bilgisayar uygulamalarına” yol açabileceğini belirtti.

Bunu başarmak için, bilim adamları renk merkezlerinin elektrik yükünü kontrol etmeliydiler. Dar bantlı bir lazer ve kriyojenik koşullar kullanarak bunu başardılar. Kriyojeni, malzemelerin ve davranışlarının cực düşük sıcaklıklarda bilimsel çalışmasıdır.

Araştırmacılara göre, bu yöntem onlara:

“Tek bir atom seviyesinde küçük veri parçalarını yazma ve okuma olanağı sağladı.”

Neden Bu Kırdı Önemlidir?

Aslında, araştırma bize sınırlı bir alanda daha fazla veri depolama yolunu gösteriyor. Bu, günümüzde ve gelecekte çok önemli bir gelişmedir. Veri depolama ihtiyacının her geçen gün artması, bu gelişmelerin önemini vurgulamaktadır.

Bağlamda, son araştırmalara göre, dijital formdaki veri miktarı 64 zettabyte’dir. Bir zettabyte, bir trilyon gigabayta eşittir. Şaşırtıcı bir şekilde, dünya üzerindeki verilerin %90’ı son iki yılda yaratıldı. 2025 yılına kadar küresel veri hacminin 150-175 zettabyte arasında olacağı tahmin edilmektedir. IoT cihazları alone, bu verilerin 90 zettabytes’inden sorumlu olacaktır.

Veri yaratılmasındaki bu şaşırtıcı artışa rağmen, elmas renk merkezlerini maniplüle etme çözümü, daha fazla veriyi depolamak için çaba sarf etmeden yardımcı olabilir. Bu, çeşitli sektörlerde önemli fiziksel depolama alanı gereksinimlerine yanıt verebilecek bir ilerlemeyi temsil eder.

Örneğin, Facebook, her gün 4 petabyte veri üretmektedir. 1 petabyte, 1 milyon gigabayt veriye eşittir. Bunu desteklemek için Facebook, küresel olarak 18 veri merkezi işletmektedir. Bunlar, 40 milyon metrekarelik bir alana yayılmıştır. Ancak Facebook, büyük veri hacmi ile başa çıkmaya çalışan teknoloji devlerinden sadece biridir. Google arama motoru, her gün 3.5 milyar sorgu işler. WhatsApp kullanıcıları, her gün 65 milyar mesaj gönderir. İnternet kullanıcıları, her gün yaklaşık 2.5 kuintilyon byte veri üretir. Bu, depolama için sürekli bir talebi vurgulamaktadır.

Kuşkusuz, CCNY’nin elmas renk merkezleri ile ilgili bilgisi, ölçeklendirildiğinde devrim niteliğinde olacaktır.

Geçmişte Elmas Renk Merkezleri Üzerine Araştırma

Elmas renk merkezleri üzerine daha önce de benzer araştırmalar yapılmıştır. 2015 yılında yayınlanan bir araştırma, elmaslardaki atom boyutundaki floresan defektlerin, kuantum kriptografi ve kuantum bilgi işleme için umut verici bir katı hal platformu olduğunu göstermiştir.

Araştırma, bu amaç için yüksek yoğunluklu ve tekrar üretilebilir fabrikasyon yöntemleri ile tek foton kaynaklarının kullanılabilirliğini test etti. Araştırmacılar, almanyum ve bir boşluktan oluşan yeni bir renk merkezi keşfettiler ve buna GeV merkezi adını verdiler.

Başka bir araştırma, 2022 yılında Saga Üniversitesi ve Adamant Namiki Precision Jewelry tarafından yürütülmüştür. Bu araştırma, ultra yüksek saflıkta elmas waferlerin üretilmesi için yeni bir yöntem geliştirmiştir. Bu elmas waferler, 5 cm çapındadır.

Veri yoğunluğu açısından, bu waferler, bir milyara eşit Blu-ray diskine eşittir. Bir Blu-ray diskine 25 GB veri depolamak mümkündür. Dolayısıyla, bir milyara Blu-ray diskine eşit veri, şaşırtıcı bir şekilde 25 exabyte veri anlamına gelir. Bu başarıda, veri depolamak için süperiletken kuantum bitleri (qubit) olarak kullanılan nitrojen-boşluk merkezi kullanılmıştır.

Daha Fazla Adamant Namiki Precision Jewelry veya Orbray

Adamant Namiki Precision Jewelry, adını 1 Ocak 2023 tarihi itibariyle Orbray Co., Ltd. olarak değiştirdi. Şirket, geniş bir ürün yelpazesi sunmaktadır. Bunlar, hassas mücevher, fiber optik bileşenler ve küçük motorlar gibi ürünlerdir. Uygulamalara göre, şirket bilgi iletişim, yarı iletken, endüstriyel makineler, robotlar, otomobiller, optik sürücüler, ses üretiminde ve daha fazlasında hizmet vermektedir.

1939 yılında kurulan ve Tokyo, Japonya’da merkezlenen Orbray, özel bir şirkettir.

Elmas Wafer Teknolojisi Üzerine Çalışan Şirketler

Orbray, depolama için özel olarak elmas wafer üreten bir şirket olarak bilinir. Ancak endüstrinin diğer şirketleri de benzer depolama çözümleri geliştirmektedir. Bu, bu şirketlerin elmas wafer teknolojisine sahip olduklarını ve gelecekte depolama çözümlerine yönelebileceklerini göstermektedir.

#1. Stanford Advanced Materials

Elmas wafer üreten başka bir şirket, Stanford Advanced Materials’tir. CVD Diamond Wafer olarak bilinen bir ürün sunmaktadır. Bu elmas waferler, yüksek düzeyde optik ve termal özelliklere sahiptir. Ayrıca, fiziksel ve kimyasal özellikler açısından da mükemmeldir. Önemli bir özelliği, UV’den THz’ye kadar neredeyse sürekli bir optik şeffaflık bandına sahip olmalarıdır.

CVD elmas waferleri, genel optik malzemelerde neredeyse imkansız olan birçok özelliği sahiptir. Örneğin, yüksek enerji girişi, düşük dielektrik kaybı, yüksek Raman kazancı, düşük ışın bozulması, aşınma direnci ve diğer yönlerde önemli roller oynamaktadır.

Stanford’un CVD elmas waferleri, havacılık, askeri ve diğer endüstrilere hizmet vermektedir. Yüksek güç, yüksek frekans, miniaturize ve yüksek entegre elektronik bileşenlerde termal yönetim açısından çok verimlidir.

Amerika Birleşik Devletleri, Kaliforniya, Lake Forest’ta merkezlenen Stanford Advanced Materials, 1994 yılından beri faaliyette bulunan özel bir şirkettir.

#2. AKHAN Semiconductors

Elmas wafer üreten bir diğer yarı iletken şirketi, Akhan Semiconductors’tir. 2021 yılında, ilk 300 mm’lik CMOS elmas waferleri üretmeyi başardı. Bu teknoloji, elektroniklerin güç yönetimini, ısı yönetimini ve dayanıklılığını geliştirmek için geliştirilmiştir. Ancak, çeşitli endüstrilere ve üretim süreçlerine hizmet vermektedir. Akhan Semiconductor’ın CEO’su Adam Khan’a göre, Akhan’ın elmas waferleri daha güçlü ve dayanıklı cihazlar inşa etmeye yardımcı olacaktır.

Amerika Birleşik Devletleri, Illinois’ta merkezlenen Akhan Semiconductor, özel bir şirkettir. Son available haberlere göre, şirket 17 Şubat 2022 tarihinde 20 milyon dolarlık yatırım aldı.

Diğer Veri Depolama Çözümleri

Elmaslardaki renk merkezlerini keşfetmek, veri depolama alanında gerçekten devrim niteliğinde bir yeniliktir. Ancak, bu çözüm henüz ölçeklendirilmemiştir.

Yenilikçi veri depolama teknolojileri ile sürekli deney yapan bir teknoloji devi, Intel’dir. Çeşitli yenilikçi depolama teknolojileri sunmaktadır.

#1. Intel Depolama Teknolojileri

Optane Teknolojisi, veri merkezi depolama tıkanıklıklarını ortadan kaldırmaya yardımcı olur. Kullanıcıların daha büyük ve daha ucuz veri kümeleri ile çalışmasına olanak tanır. 3D NAND teknolojisi ürünleri, kapasite ve güvenilirlik açısından bilinir. EDSFF SSD çözümleri, daha düşük maliyetlerde kapasiteyi iyileştirir.

Intel’in 2022 geliri, 63.1 milyar dolar olarak açıklandı. Bu, 2021 yılına göre 16.0 milyar dolar veya %20’lik bir düşüşü temsil etmektedir. Şirket, Ar-Ge’ye 17.5 milyar dolar yatırım yaptı, 24.8 milyar dolarlık sermaye yatırımı gerçekleştirdi ve 15.4 milyar dolar nakit işletme gelirine ve (4.1) milyar dolarlık düzeltilmiş serbest nakit akışına sahip oldu.

#2. Seagate

Veri depolama alanında bir diğer öncü, Seagate’tir. Son zamanlarda önemli bir yenilik getirdiler. Yüksek performanslı, verimli ve dayanıklı çok petabayt kapasiteli blok depolama sistemi olan Exos CORVAULT’u tanıttılar.

Bu sistemin yüksek yoğunluklu özellikleri, optimum alan kullanımını, uzun yaşam döngüsünü ve petabayt başına azaltılmış güç tüketimini sağlar. Ayrıca, daha az hesaplama ve ağ kaynağı gerektirerek veri merkezlerinin karbon ayak izini azaltmaya yardımcı olur.

Mevcut olarak, bu çözüm iki varyant olarak sunulmaktadır: ilk varyant, 1.2 metrelik raflarda 2.5 PB depolama sunarken, ikinci varyant 1.0 metre derinlikte raflarda 1.5 PB depolama sunar.

30 Haziran 2023 tarihinde sona eren mali yıl için Seagate, 7.3 milyar doların üzerinde gelir kaydetti. Bu, önceki yılın gelirinden önemli ölçüde düşüktür.

Gelecek Araştırma: Elmas Renk Merkezleri

Elmas renk merkezlerini daha iyi anlamak ve keşfetmek için çok fazla araştırma devam etmektedir. Araştırmacılar, bu renk merkezlerinin iyileştirilmiş optik özelliklerini nedeniyle motive edilmektedir. Renk merkezleri, spektral stabilitesi, dalga boyu ve spin özellikleri açısından daha iyidir. Gelecekteki araştırmaların, bu renk merkezleri hakkında daha fazla bilgi sağlayacağı beklenmektedir.

Elmas waferler, büyük miktarda veri depolamak için önemli bir atılımdır. Bu waferleri daha iyi anlamak, depolama sistemleri olarak özelliklerini iyileştirmeye yardımcı olacaktır.

Gelecek nesil yarı iletkenler için, Japon Chiba Üniversitesi’ndeki bilim adamları, lazerleri kullanarak elmas waferler oluşturma yöntemi geliştirdiler.

Chiba Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’nden Hirofumi Hidai‘ye göre:

“Elmas kesme, yüksek kaliteli waferlerin düşük maliyetle üretimine olanak tanır ve yarı iletken cihazların üretimi için vazgeçilmezdir.”

Bu yeni geliştirilen yöntem, elmasların belirli bir düzlemde büyümesini sağlayarak, yarı iletkenler olarak kullanılmasına olanak tanır.

Nisan ayında, Amazon Web Services, kuantum anahtar dağıtımı için sentetik elmaslar geliştirmek üzere De Beers’in bir iştiraki olan Element Six ile işbirliği yaptı. Bu ortaklık, renk merkezlerini oluşturmak için bir yöntem içerir. Bu renk merkezleri, fotonları emer ve daha sonra bunları geri yayarak kuantum bilgilerini taşır.

AWS Kuantum Ağları Merkezi’nden Antia Lamas-Linares‘e göre:

“Küçük ölçeklerde bazı şeyler yapabiliriz, ancak gerçekten küresel ölçekte – AWS küresel bir şirket – beberapa şey geliştirilmelidir.”

Sonuç olarak, elmas renk merkezlerini kullanarak daha fazla araştırma yapılacak ve bu, veri depolama çözümlerinin geliştirilmesine yardımcı olacaktır. Veri, modern dünyamızın çalışmasını sağlayan yakıttır. Önde gelen şirketlerin, büyüyen depolama gereksinimlerini karşılamak için gelecekte daha fazla yatırım yapması doğaldır.