Bilişim
Elmaslar Gelişmiş Kuantum Bitleri için Kilit Rol Oynayabilir mi?
Elmasları Kuantum Bilgisayarlarında Kullanma
Normal bilgisayarlar bit (0 ve 1) kullanırken, kuantum bilgisayarlar “kuantum bitleri” (qubit) kullanır. Qubit’ler, süperpozisyon ve kuantum bağlantısı gibi iki kuantum özelliğine sahip olduklarından, aynı anda birden fazla durumda bulunabilirler.
- Süperpozisyon, qubit’lerin aynı anda 0 ve 1’i temsil etmesini sağlar, bu da klasik bit’lere kıyasla işlenebilecek verilerin miktarını üssel olarak artırır.
- Baglantı, qubit’leri birbirine öyle bir şekilde bağlar ki, bir qubit’in durumu, diğerini, büyük mesafeler boyunca anında etkileyebilir.
“Qubit’lerin avantajı, normal bit’lere kıyasla çok daha fazla bilgi depolayabilmesidir. Bu, aynı zamanda môi çevreleri hakkında daha fazla bilgi verebileceklerini anlamına gelir, bu nedenle sensörler olarak çok değerli hale gelirler.”
Alastair Stacey – PPPL’de yönetici araştırma fizikçisi ve kuantum malzemeleri ve cihazları sorumlusu.
Ancak, qubit’ler çok nazik ve özelliklerini ölçmek kolay bir iş değildir.
Peki, en advanced bilgisayarlarımızda görevleri yerine getirmek için dünyanın en sert malzemelerinden biri olan elmasa güvenebilir miyiz? Bu, Princeton Üniversitesi’ndeki araştırmacıların vizyonu, quienes recently “Elmas Yüzey Reaksiyonlarının Kuantum Kimyası Modeli ve Elmas Büyüme Kinetik Modeli: Düşük Sıcaklıkta CVD’de CH3 Radikalleri ve C2H2 Moleküllerinin Etkileri” başlıklı bir makale yayınladılar.1.
Bu, Melbourne Üniversitesi ve Princeton Üniversitesi’ndeki diğer araştırmacıların çalışmalarına katılıyor, quienes “Renk Merkezi Koruyan Hidrojen Sonlandırması için Yöntemler” başlıklı bir makale yayınladılar.2.
İsteğe Bağlı Elmas Büyütme
Elmaslar, históric olarak sadece doğal bir taş olarak bilinirken, günümüzde genellikle ham karbondan üretilirler. Ancak, bu işlem çok yüksek ısı ve basınç gerektirir, bu nedenle bilgisayarların çiplerinde kullanılan silikon gibi diğer malzemelerle birleştirilemez. Bunun için, düşük sıcaklıkta elmas üretimi gerekmektedir.
Bazı yöntemler zaten keşfedilmiştir, örneğin asetilen ve “plazma ile güçlendirilmiş kimyasal buhar biriktirme” tekniği.
Kaynak: PPPL
Sorun, bu yöntemin mikroskobik elmaslar büyütmesine rağmen, aynı zamanda çok miktarda is üretmesidir, bu da elmasın üzerine büyüyerek optik, sensörler ve çipler için performansı engelleyebilir. Şimdilik, neden is yerine elmas oluştuğunu kimse bilmiyordu.
Altın Oran Sıcaklığı ve Hidrojen
Araştırmacılar, işlemin bir elmas oluşturduğu precisa bir sıcaklık olduğunu keşfettiler. Bu kritik sıcaklığın üzerinde, asetilen principalmente elmas büyümesine katkıda bulunur. Bu kritik sıcaklığın altında, principalmente is oluşmasına katkıda bulunur.
Kaynak: Diamond And Related Materials
Bir diğer faktör, elmasın yüzeyindeki hidrojen atomlarının aktivitesidir. Yüzeyde daha fazla hidrojen ile, daha fazla elmas oluşabilir, hatta düşük sıcaklıkta.
“Hidrojen atomları doğrudan elmas büyümesine katkıda bulunmaz, ancak hidrojen ayrışması, yani parçalanması, metanı asetilene dönüştürmek ve atomik hidrojeni elmas büyüme yüzeyine taşımak için çok önemlidir. Bunlar da elmas büyümesi için önemlidir.”
Alexander Khrabry – Princeton Üniversitesi Araştırma Bilimcisi
Bu elmas oluşumuna ilişkin bilgiler, silikon yarı iletkenlerine zarar vermeden veya istenmeyen is oluşturmadan, mikroskobik elmasları doğrudan üretmenin yolunu açar.
Kuantum Elmasları
Sadece karbonlardan oluşan basit elmaslar, optik ve sensörlerde bazı uygulamalara sahip olabilir. Ancak daha gelişmiş elmas formları daha da faydalı olabilir.
Örneğin, kuantum elmasları, elmas oluşturan bazı karbon atomlarının helyum, azot veya diğer atomlarla değiştirilmesi ile oluşturulur ve bazı karbon atomları sadece kaldırılır. Bu, bir azot-boşluk (NV) oluşturur.
Bu elmaslarda, elektronlar klasik fizik yerine kuantum kurallarına göre davranmaya başlar, bu da qubit’ler oluşturmak için kullanılabilir.
“Bu maddedeki elektronlar, klasik fizik yasalarına göre davranmaz. Bunun yerine, tüm elektronlar gibi, kuantum fiziği yasalarına göre davranırlar.”
Alastair Stacey – PPPL’de yönetici araştırma fizikçisi ve kuantum malzemeleri ve cihazları sorumlusu.
Elmas Rehberini Mükemmelleştirme
Şimdilik, plazma kullanarak elmas oluşturma yöntemi çok da precisa değildi. Deneme yanılma ile yapılmaktaydı, çünkü elmasın yüzeyinde neler olduğu iyi anlaşılmamaktaydı.
İdeal olarak, plazma aynı zamanda elmasın yüzeyine hidrojenin tek atomik bir tabakasını eklemesi için de kullanılabilir. Ancak kuantum elmaslarında, yüksek sıcaklık azot-boşluğu yok edebilir.
Bu nedenle araştırmacılar, kuantum elmaslarında hidrojen tabakası oluşturmak için en iyi yöntemi belirlemek için karmaşık bir analitik sistem (fotoluminesans spektroskopi) geliştirdiler.
Kaynak: Advanced Materials Interface
İki yeni yöntem buldular, her biri kendi dezavantajlarına sahip.
Kaynak: Advanced Materials Interface
- Formasyon gazı ısıtıp soğutma, hidrojen molekülleri ve azot gazı karışımını kullanır, ancak çok saf hidrojen gazı gerektirir, bu da düşük sıcaklıkta zor bir işlemdir.
- Soğuk plazma sonlandırma, hidrojen plazmasını dolaylı olarak kullanır, NV merkezini bozmadan, ancak elmasın yüzeyinde daha düşük kaliteli bir hidrojen tabakası oluşturur.
“Bu, yüzey kalitesi ile NV özelliklerini gelecekteki uygulamalarda dengelemek zorunda kalınacağını vurgular. Örneğin, biyomoleküler algılama projelerinde, NV’lerin yüzeylere yakın korunması mutlak olarak önemlidir.”
Genel olarak, bu keşifler, elmaslar için yeni ve daha önce zor veya imkansız olan beberapa uygulamaya yol açar:
- Doğrudan silikon yarı iletkenlerine üretim, elmasları devreler, sensörler ve transistörlere entegre etme.
- İyi ayarlanmış bir hidrojen tabakası ile fonksiyonel qubit’ler oluşturmak için kuantum elmaslarının üretimi.
Yeni Kuantum Bilgisayarları
Kuantum bilgisayarlar şimdiye kadar geleneksel yarı iletken endüstrisinin üretim yöntemlerinden ortaya çıkan bilinen yöntemlerle inşa edildi. Ancak kuantum teknolojisinin normal hesaplama işleminden çok farklı olduğu düşünüldüğünde, geleneksel silikondan daha iyi bir malzeme kullanmak mantıklıdır.
Bunlar arasında elmaslar da bulunabilir, bir gün kuantum bilgisayarların oda sıcaklığında çalışmasına izin verebilecek, bu da maliyetleri büyük ölçüde azaltacak ve daha büyük kuantum bilgisayarlarının oluşturulmasına yardımcı olacaktır.
“50’den fazla qubit ve oda sıcaklığında çalışan bir kuantum bilgisayar ile bir kuantum simülatör oluşturmak, qubit sayısını 100 veya 1000’e çıkarmaya açılır, bu da kriptografi, yapay zeka ve malzeme bilimi gibi alanlar için bir devrim olacaktır.
Bu yetenek, bilim insanlarının hayat kurtaran ilaçları daha hızlı keşfetmelerine, zor optimizasyon problemlerini çözmelerine veya enerji tasarrufu sağlayan teknolojileri daha verimli bir şekilde geliştirmelerine olanak tanıyacaktır.”
Elmasların yanı sıra, diğer yeni ve yenilikçi malzemeler, örneğin alüminyum nitrit piezoelektrik nanomekanik rezonatörler de kuantum sensörleri veya kuantum transducer’leri için kullanılabilir.
Genel olarak, gelişmiş yeni malzemelerin silikonun yerine geçerek kuantum bilgisayarların vaadini bugünden çok daha öteye taşıyacağı muhtemeldir.
Kuantum Bilgisayarlarına Yatırım Yapma
Kuantum bilgisayarları sadece başlıyor, ancak şimdiden silikon devrimini şekillendiren her büyük bilgisayar şirketinin dikkatini çekti.
Belki de yalnızca niş uygulamalar için sınırlı kalacak, ancak fizik, biyoloji, malzeme bilimi, kriptografi ve askeri uygulamalar gibi alanlarda modellenmede çok önemli bir rol oynayabilir.
Kuantum bilgisayarlarına yatırım yapabilirsiniz, birçok broker aracılığıyla ve securities.io adresinde, ABD, Kanada, Avustralya, İngiltere ve birçok başka ülkedeki en iyi brokerleri önerilerimize bakabilirsiniz.
Eğer belirli şirketleri seçmekle ilgilenmiyorsanız, kuantum bilgisayarları ve nanoteknoloji hisselerine daha dağınık bir şekilde yatırım yapmanızı sağlayan ProShares Nanoteknoloji ETF (TINY) veya WisdomTree Bulut Bilişim Fonu (WCLD) gibi ETF’lere de bakabilirsiniz.
Ya da “En İyi 10 Nanoteknoloji Hissesi” ve “5 En İyi Kuantum Bilgisayarı Şirketi” listelerimize göz atabilirsiniz.
Kuantum Bilgisayarı Şirketleri
(IBM )
Uluslararası İşletmeler Makine Şirketi (IBM), ilk anaframe bilgisayarının ticarileştirilmesinde önde gelen güçtü.
Ancak, son zamanlarda diğer teknoloji devlerinden, örneğin Apple (AAPL ), TSMC (TSM ) ve NVIDIA (NVDA )‘dan daha az üretim hacmine sahip oldu.
Ancak, kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde ön saflardadır. Örneğin, 127 qubit’lik “Kartal” kuantum bilgisayarını geliştirdi, ardından 433 qubit’lik “Osprey” sistemi geldi.
Ve şimdi 1.121 süperiletken qubit kuantum işlemcisi “Condor” ve “Heron” ile devam ediyor, bunlar çapraz rezonans kapı teknolojisine dayanmaktadır.
Kuantum bilgisayarlar, manyetik kontrolün iyileştirilmesinden yararlanabilir, bu da qubit stabilitesini ve güvenilirliğini artırır, bu da işleme gücünü sağlar.
Ayrıca, süperiletkenlerdeki ilerlemeler, kontrol edilen manyetik alanlara dayanır ve daha verimli enerji iletimi ve soğutma sistemlerine yol açabilir, özellikle daha yüksek sıcakliklarda.
IBM, diğer birçok ileri teknoloji ve yarı iletken endüstrisi yeniliklerinde de yer almaktadır. Bunlar arasında iletki organik malzemeler, neomorfoz bilgisayarlar, fotonik cihazlar gibi konular bulunur.
Bir anlamda, IBM bir “patent şirketi” haline geldi ve yeni hesaplama yöntemleri geliştirmekte ve bunları endüstriye lisanslamaktadır.
Şimdilik, kuantum olmayan silikon hesaplama yöntemlerinde anahtar patentlere sahip olmak için çok kararlı görünüyor, geçmişte yarı iletken endüstrisinin bugünkü devasa boyutuna ulaşmasına büyük katkıda bulunarak başarılı oluyor.
Çalışma Referansı:
1. Barsukov, Y., Kaganovich, I. D., Mokrov, M., & Khrabry, A. (2024). Quantum chemistry model of surface reactions and kinetic model of diamond growth: Effects of CH₃ radicals and C₂H₂ molecules at low-temperature CVD. Elmas ve İlgili Malzemeler, 149, 111577. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.111577
2. McCloskey, D. J., Stacey, A., de Leon, N. P., & Kaganovich, I. D. (2024). Renk Merkezi Koruyan Hidrojen Sonlandırması için Yöntemler. İleri Malzeme Arayüzleri, 11(24), 202400242. https://doi.org/10.1002/admi.202400242
