Kuantum davranışı, garip ve hassas bir şeydir ve gerçeklik ile olasılıklar dünyası arasında bir sınırda bulunur. Bu matematiksel sis içinde yatayalan, klasik bilgisayarların işlemesi için fazla zaman alacak algoritmaları hızlı bir şekilde çözebilecek cihazların potansiyeli yatar.
Şu an için, kuantum bilgisayarlar, kritik kuantum durumlarından dökülen parçacıkların daha az olasılıkla olduğu mutlak sıfıra yakın (-273 derece Celsius) sıcak odalara sınırlıdır.
Bu sıcaklık engelini aşarak, oda sıcaklığında hala kuantum özelliklerini sergileyen malzemeler geliştirmek, kuantum hesaplamanın hedefi olmuştur. Düşük sıcaklıklar, parçacığın özelliklerini kullanışlı olasılık bulutlarından çökmesini engellemeye yardımcı olurken, ekipmanın ağırlığı ve maliyeti potansiyelini ve genel kullanım için ölçeklendirme yeteneğini sınırlar.
En son denemelerden birinde, Texas Üniversitesi, El Paso’dan bir araştırma ekibi, oda sıcaklığında manyetik özelliklerini koruyan ve yüksek talep gören nadir toprak mineralleri içermeyen bir kuantum hesaplama malzemesi geliştirdi.
Ahmed El-Gendy, çalışmanın kıdemli yazarı ve Texas Üniversitesi, El Paso’da fizikçi, “Manyetizmasını gerçekten şüphe ediyordum, ancak sonuçlarımız net bir şekilde süperparamanyetik davranışı gösteriyor” diyor.
Süperparamanyetizma, bir malzemenin manyetik anlarını hizalamak için harici bir manyetik alan uygulanarak kontrol edilebilen manyetizmanın bir türüdür ve manyetize eder.
El-Gendy ve meslektaşları tarafından geliştirilen malzeme gibi moleküler mıknatıslar, kuantum bilgi biriminin temelini oluşturan qubit’leri oluşturmak için bir seçenek olarak yeniden gündeme gelmiştir.
Mıknatıslar zaten mevcut bilgisayarlarımızda kullanılıyor ve elektronun spin yönünü elektronik yükünün yanı sıra veri kodlamak için kullanan spintronik, cihazlarının başında yer alıyor.
Kuantum bilgisayarlar bir sonraki aday olabilir, manyetik malzemeler spin qubit’lere yol açarken: elektronların yönlendirilen spinleri, bir anlık olarak da olsa kuantum seviyesinde bağlı olan elektronlar gibi çiftler.
Pillerde kullanılan nadir toprak minerallerine olan talebi göz önünde bulundurarak, El-Gendy ve meslektaşları, aminoferrocene ve grafen olarak bilinen malzemelerin karışımı ile deney yapmışlardır.
Araştırmacılar malzemeyi, malzemelerin tüm bileşenlerini aynı anda eklemek yerine adımlar halinde sentezlediklerinde, malzemenin oda sıcaklığında manyetizmasını sergilediğini keşfetmişlerdir.
Sıralı sentez yöntemi, aminoferrocene’i iki grafen oksit tabakasının arasına sıkıştırarak saf demirden 100 kat daha fazla manyetik bir malzeme üretmiştir. Daha fazla deney, malzemenin manyetik özelliklerini oda sıcaklığında ve daha yüksek sıcaklıklarda koruduğunu doğrulamıştır.
El-Gendy ve meslektaşları yayınladıkları makalede, “Bu bulgular, oda sıcaklığında uzun menzilli düzen moleküler mıknatıslar ve kuantum hesaplama ve veri depolama uygulamaları için potansiyelini açmaktadır” diyorlar.
Bu yeni malzemenin daha fazla testi elbette ki gerekecektir, sonuçların diğer gruplar tarafından tekrarlanabilir olup olmadığını görmek için. Ancak moleküler mıknatıslar alanındaki bu ilerleme, kararlı qubit’ler oluşturmanın başka umut verici bir seçeneğini sunuyor.
2019 yılında, İspanya’nın Valencia Üniversitesi’nden malzeme bilimcisi Eugenio Coronado, “Uzun kuantum koherans sürelerine sahip moleküler spin qubit’lerin tasarımında ve kuantum operasyonlarının uygulanmasında ulaşılan kilometre taşları, moleküler spin qubit’lerin kuantum hesaplama için kullanımı konusundaki beklentileri artırdı” demişti.
Daha yakın tarihlerde, 2021 yılında, araştırmacılar sadece bir atom kalınlığında ultra-ince manyetik bir malzeme geliştirdi. Sadece manyetik yoğunluğu kuantum hesaplama amacıyla ayarlanabilir olmakla kalmıyor, aynı zamanda oda sıcaklığında çalışıyor.
Çalışma, Applied Physics Letters dergisinde yayınlandı.
