Elmaslar Kuantum Bilgisayarlar İçin Gelişmiş Kübitlerin Kilidini Açabilir mi?

Kuantum Hesaplama İçin Diamond Kullanımı

Bitleri (0 ve 1) kullanan normal bilgisayarların aksine, kuantum bilgisayarlar "kübitler" kullanır. Kübitler, iki kuantum özelliği sayesinde aynı anda birden fazla durumda bulunabilir: üstüne koyma ve dolaşıklık.

• üstüne koyma kübitlerin aynı anda hem 0'ı hem de 1'i temsil etmesine olanak tanır ve klasik bitlere kıyasla işlenebilecek veriyi katlanarak artırır.
• dolaşıklık kübitleri, bir kübitin durumunun diğerini anında, hatta büyük mesafelerden bile etkileyebileceği şekilde birbirine bağlar.

Bu özellikler QPU'ların son derece karmaşık sorunları çözmesini sağlar Aynı anda birden fazla çözümü keşfederek klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı.

"Kubitlerin avantajı, normal bitlerden çok daha fazla bilgi tutabilmeleridir. Bu, bize çevreleri hakkında çok daha fazla bilgi verebilecekleri anlamına gelir ve bu da onları örneğin sensörler olarak son derece değerli kılar."

Alastair Stacey- PPPL'de baş araştırma fizikçisi ve kuantum malzemeleri ve cihazları başkanı.

Ancak kübitler son derece kırılgandır ve özelliklerini ölçmek kolay bir iş değildir.

Peki ya en gelişmiş bilgisayarımızda görevleri yerine getirmek için yeryüzündeki en sert malzemelerden biri olan elmasa güvenseydik? Bu, yakın zamanda Diamond And Related Materials'da "Yüzey reaksiyonlarının kuantum kimyası modeli ve elmas büyümesinin kinetik modeli: Düşük sıcaklıklarda CH3 radikallerinin ve C2H2 moleküllerinin CVD'deki etkileri¹ anlayışının sonucu olarak, buzdolabında iki üç günden fazla durmayan küçük şişeler elinizin altında bulunur.

Bu, Melbourne Üniversitesi ve Princeton Üniversitesi'ndeki diğer araştırmacıların "Elmasın Hidrojen Sonlandırması İçin Renk Merkezini Koruma Yöntemleri²".

Talep Üzerine Elmas Yetiştirme

Tarihsel olarak yalnızca doğal bir taş olan elmaslar, günümüzde çoğunlukla ham karbondan üretilir. Ancak, bu işlem çok yoğun ısı ve basınç gerektirir, bu nedenle bilgisayar çiplerinde kullanılan silikon gibi diğer malzemelerle birleştirilemez. Bunun için düşük sıcaklıkta elmas üretimi gerekir.

Asetilen ve “plazma destekli kimyasal buhar biriktirme” adı verilen bir teknik kullanımı gibi bazı yöntemler daha önceden araştırılmıştı.

Kaynak: PPPL

Bununla ilgili sorun, mikroskobik elmaslar üretebilmesine rağmen, elmasın üstünde büyüyebilen ve optik, sensör ve çiplerin performansını engelleyebilen çok fazla kurum da biriktirmesidir. Şimdiye kadar, kurumun elmas yerine neden oluştuğu belli değildi.

Altın Saçlı Kız Sıcaklık ve Hidrojen

Araştırmacılar, sürecin elmas yarattığı kesin bir sıcaklık olduğunu buldular. Bu kritik sıcaklığın üzerinde, asetilen çoğunlukla elmas büyümesine katkıda bulunur. Bu kritik sıcaklığın altında, çoğunlukla is büyümesine katkıda bulunur.

Kaynak: Elmas ve İlgili Malzemeler

Bir diğer etken ise elmasın yüzeyine yakın hidrojen atomlarının aktivitesidir. Yüzeye yakın daha fazla hidrojenle, daha düşük sıcaklıklarda bile daha fazla elmas oluşabilir.

"Hidrojen atomları doğrudan elmas büyümesini beslemez, ancak hidrojen ayrışması veya parçalanması metanı asetilene dönüştürmek ve atomik hidrojeni elmas büyüme yüzeyine taşımak için çok önemlidir. Bunların ikisi de elmas büyümesi için önemlidir."

Alexander Khrabry – Princeton Üniversitesi Araştırma Görevlisi

Elmas oluşumuna ilişkin bu bilgiler bir araya gelerek, yüksek sıcaklıklarla malzemenin geri kalanına zarar vermeden veya istenmeyen is oluşturmadan doğrudan silikon yarı iletkenlerin içinde mikroskobik elmasların güvenilir bir şekilde yaratılmasının önünü açıyor.

Kuantum Elmasları

Sadece karbonlardan yapılmış basit elmaslar optik ve sensörlerde bazı uygulamalara sahip olabilir. Ancak elmasların daha gelişmiş formları daha da faydalı olabilir.

Örneğin, kuantum elmasları, elması oluşturan karbon atomlarından bazılarının örneğin azot gibi diğer atomlarla değiştirilmesi ve diğer bazı karbon atomlarının sadece çıkarılmasıyla oluşur. Bu, sözde azot boşluğu (NV) yaratır.

Böyle bir elmasta, içindeki elektronlar klasik fizik kuralları yerine kuantum kurallarını izlemeye başlıyor ve bu kurallar kübitlerin inşasında kullanılabiliyor.

"Bu malzemedeki elektronlar, daha ağır parçacıkların yaptığı gibi klasik fizik yasalarına göre davranmıyor. Bunun yerine, tüm elektronlar gibi, kuantum fiziği yasalarına göre davranıyorlar."

Alastair Stacey- PPPL'de baş araştırma fizikçisi ve kuantum malzemeleri ve cihazları başkanı.

Diamond Yemek Kitabını Mükemmelleştirmek

Şimdiye kadar, plazmayı kullanarak elmas yaratma yöntemi kesin olmaktan uzaktı. Elmasın yüzeyinde tam olarak ne olduğuna dair teori iyi anlaşılmadığı için çok fazla deneme yanılma kullanılıyordu.

İdeal olarak, plazma elmasın üstüne monoatomik bir hidrojen tabakası eklemek için de kullanılabilir. Ancak kuantum elmasları durumunda, yüksek sıcaklık azot boşluğunu yok eder.

Böylece araştırmacılar, NV elmaslarında hidrojen tabakası oluşturmak için en iyi sonucu veren yöntemi belirlemek amacıyla ayrıntılı bir analitik sistem (fotolüminesans spektroskopisi kullanarak) oluşturdular.

Kaynak: Gelişmiş Malzeme Arayüzü

Şimdilik her birinin kendine göre dezavantajları olsa da 2 yeni yöntemin kullanılabileceğini buldular.

Kaynak: Gelişmiş Malzeme Arayüzü

• Gaz tavlama şekillendirmeHidrojen molekülleri ve azot gazı karışımı kullanan bu yöntem işe yaradı ancak oksijen içermeyen çok saf hidrojen gazı gerektirdi; bu da düşük sıcaklıklarda elde edilmesi zor bir şeydi.
• Soğuk plazma sonlandırmaHidrojen plazmasını dolaylı olarak kullanan yöntem NV merkezine zarar vermemiş ve uygulaması daha kolay olmuş, ancak elmas üzerinde daha düşük kalitede bir hidrojen tabakası oluşmuştur.

"Bu, gelecekteki uygulamalarda dengelenmesi gereken yüzey kalitesi ile NV özellikleri arasındaki dengeyi vurgular. Örneğin, biyomoleküler algılama projelerinde, NV'lerin yüzeylere yakın bir yerde korunması kesinlikle hayati önem taşır."

Daniel McCloskey - RMelbourne Üniversitesi'nde araştırmacı. 

Genel olarak bu keşifler elmaslar için daha önce zor veya imkansız olan birkaç yeni uygulamanın önünü açıyor:

• Doğrudan silikon yarı iletkenlere üretim, elmasların doğrudan devrelere, sensörlere ve transistörlere entegre edilmesi.
• Kuantum elmaslarının, elmasın yüzeyinde hassas ayarlı bir hidrojen tabakası da dahil olmak üzere işlevsel kübitlere dönüştürülmesi.

Yeni Kuantum Bilgisayarları

Kuantum bilgisayarlar şimdiye kadar yarı iletken endüstrisi tarafından kullanılan geleneksel üretim taktiklerinden kaynaklanan bilinen yöntemlerden inşa edildi. Ancak kuantum teknolojisi normal hesaplamadan çok farklı olduğundan, yeni malzemelerin geleneksel silikondan daha uygun olması mantıklıdır.

Bu, bir günlüğüne oda sıcaklığında kuantum hesaplamanın yapılmasına olanak tanıyan elmasları da kapsayabilir; bu, yalnızca maliyetleri önemli ölçüde azaltmakla kalmayacak, aynı zamanda daha büyük kuantum bilgisayarlarının yaratılmasına da yardımcı olacaktır.

“50’den fazla kübit ve oda sıcaklığında bir kuantum bilgisayarı içeren bir kuantum simülatörü yapmak, 100 veya 1000 gibi daha yüksek sayıda kübite kadar ölçeklendirmenin kapısını açar; bu da kriptografi, yapay zeka ve malzeme bilimi gibi alanlar için oyunun kurallarını değiştirir.

Bu yetenek, bilim insanlarının hayat kurtarıcı ilaçları daha hızlı keşfetmelerine, zor optimizasyon problemlerini çözmelerine veya enerji tasarrufu sağlayan teknolojileri daha verimli şekilde geliştirmelerine olanak tanıyacaktır.”

Martin Koppenhöfer - Proje Koordinatörü SPINUS'ta

Elmasların yanı sıra, örneğin diğer yeni yenilikçi malzemeler de var Alüminyum nitrürden yapılmış piezoelektrik nanomekanik rezonatörler kuantum sensörleri veya kuantum dönüştürücüleri için de kullanılabilir.

Genel olarak, gelişmiş yeni malzemelerin silikon için sağlam bir alternatif olması ve kuantum hesaplamanın vaadini bugün tahmin edebileceğimizden çok daha ileriye taşıması muhtemeldir.

Kuantum Bilgisayara Yatırım Yapmak

Kuantum bilişim henüz başlangıç ​​aşamasında olmasına rağmen, bugüne kadar silikon devrimine öncülük eden her büyük bilişim firmasının dikkatini çekmiş durumda.

Bilgisayarlarımızda yer almaktan çok, belirli alanlardaki uygulamalarla sınırlı kalabilir; ancak yine de fizik, biyoloji, malzeme bilimi, kriptografi ve askeri uygulamaların modellenmesinde etkili olabilir.

Birçok aracı kurum aracılığıyla kuantum hesaplama şirketlerine yatırım yapabilirsiniz ve burada bulabilirsiniz menkul kıymetler.io, en iyi brokerlar için önerilerimiz Amerika, Kanada, Avustralya, UK, diğer birçok ülkenin yanı sıra.

Belirli şirketleri seçmekle ilgilenmiyorsanız, aşağıdaki gibi ETF'lere de bakabilirsiniz: ProShares Nanoteknoloji ETF'si (TINY) ya da WisdomTree Bulut Bilişim Fonu (WCLD) Kuantum bilişim ve nanoteknoloji hisselerinden yararlanmak için daha çeşitlendirilmiş bir pozisyon sağlayacak.

Veya “En İyi 10 Nanoteknoloji Hisse Senedi" Ve “En İyi 5 Kuantum Bilişim Şirketi”.

Kuantum Bilgisayar Şirketleri

İlk ana bilgisayarın ticarileştirilmesinin arkasındaki öncü güç International Business Machines Corporation (IBM) idi.

Ancak son zamanlarda Apple gibi diğer teknoloji devlerinin üretim hacminin gerisinde kaldı (AAPL ), TSMC (TSM )ve NVIDIA (NVDA )

Ancak kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde ön sıralarda yer almaktadır. Örneğin 127 kübitlik “Eagle” kuantum bilgisayarını geliştirdi ve bunu “Osprey” olarak bilinen 433 kübitlik bir sistem izledi.

Ve bu şimdi onu 1,121 süper iletken kübit kuantum işlemcisi olan “Condor” takip ediyor Alanın en uç noktasında yer alan bir kuantum işlemcisi olan “Heron” ile birlikte çapraz rezonans geçit teknolojisine dayanmaktadır.

Kuantum bilgisayarlar, işlem gücü için olmazsa olmaz olan kübit kararlılığını ve güvenilirliğini artırarak gelişmiş manyetik kontrolden faydalanabilir.

Benzer şekilde, kontrollü manyetik alanlara dayanan süperiletkenlerdeki gelişmeler, özellikle daha yüksek sıcaklıklarda daha verimli enerji iletimi ve soğutma sistemlerine yol açabilir.

IBM, bilgi işlem ve yarı iletken endüstrisindeki diğer en son yeniliklerin çoğunda yer almaktadır. Bunlar şunları içerir: organik materyallerin iletilmesi, nöromorfik hesaplama, fotonik, vb.

IBM, bir dereceye kadar, yeni bilgi işlem yöntemleri geliştirme ve bunları sektöre lisanslama konusunda uzmanlığa sahip bir "patent şirketi" haline geldi.

Şimdiye kadar, silikonsuz bilgi işlem yöntemlerinde alabileceği tüm önemli patentleri elinde tutmaya kararlı görünüyor ve yarı iletken endüstrisinin bugünkü deve dönüşmesine büyük katkıda bulunarak geçmişteki başarısını tekrarlıyor.

Çalışma Referansı:

^{1. Barsukov, Y., Kaganovich, ID, Mokrov, M. ve Khrabry, A. (2024). Yüzey reaksiyonlarının kuantum kimyası modeli ve elmas büyümesinin kinetik modeli: Düşük sıcaklıkta CVD'de CH₃ radikallerinin ve C₂H₂ moleküllerinin etkileri. Elmas ve İlgili Malzemeler, 149, 111577. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.111577}

^{2. McCloskey, DJ, Stacey, A., de Leon, NP ve Kaganovich, ID (2024). Elmasın hidrojen sonlandırmasında renk merkezini koruma yöntemleri. Gelişmiş Malzeme Arayüzleri, 11(24), 202400242. https://doi.org/10.1002/admi.202400242}