Fizik tarihi, kuantum bilgisayarların geleceğini şekillendirecek ve modern elektroniğin sınırlarını zorlayacak bir keşfe tanıklık ediyor. Tsinghua Üniversitesi ve Pekin Kuantum Bilgi Bilimleri Akademisinden araştırmacılar, kuantum teknolojilerinin en büyük engellerinden biri olan aşırı düşük sıcaklık zorunluluğunu aşarak, ilk kez “yüksek sıcaklıklı süperiletken diyot etkisini” deneysel olarak gözlemlemeyi başardılar.
28 Aralık 2025’te Nature Physics dergisinde yayınlanan çalışma, bugüne kadar yalnızca mutlak sıfıra yakın dondurucu ortamlarda çalışan sistemlerin, artık çok daha pratik ve sürdürülebilir koşullarda kullanılabilmesinin önünü açıyor. Gelişme, kuantum hesaplama sistemlerinin laboratuvar ortamlarından çıkıp günlük teknolojiye entegre edilmesi yolunda atılmış en önemli adımlardan biri olarak değerlendiriliyor.
Gelişmenin temelini anlamak için öncelikle elektronik dünyasının en küçük yapı taşlarından biri olan diyota bakmak gerekiyor. Sıradan diyot, elektrik akımının bir yönde kolayca akmasına izin verirken, ters yöndeki akışı engelleyen bir supap görevi görür. Günlük hayatta kullandığımız akıllı telefonlardan bilgisayarlara kadar hemen her cihazda bu bileşenler yer alır. Diyotlarda elektrik, iletken içerisindeki tekil elektronların hareketiyle taşınır. Hareket sırasında elektronların malzeme içindeki atomlara çarparak dirençle karşılaşması; hem enerji kaybına hem de “gürültü” (noise) adı verilen sinyal bozulmalarına neden olur.
Süperiletkenler bu noktada fizik kurallarını baştan yazmaktadır. Belirli bir kritik sıcaklığın altına inildiğinde, elektronlar “Cooper çifti” adı verilen kuantum grupları oluşturur. Çiftler, atomlara çarpmadan, hiç dirençle karşılaşmadan ve enerji kaybetmeden akarak mükemmel bir iletim sağlar.
Sıvı azotun kaynama derecesinin üstünde iletkenlik sağlandı
Süperiletken diyotlar üzerine yapılan çalışmalar son yıllarda ivme kazanmış olsa da, 2020 yılında ilk örnekleri gösterilen sistemlerin ciddi kısıtlamaları bulunuyordu. Önceki deneylerde süperiletken diyot etkisini gözlemlemek için sistemin 10 Kelvin (-263,15 °C) gibi aşırı düşük sıcaklıklara kadar soğutulması ve genellikle dışarıdan güçlü bir manyetik alan uygulanması gerekiyordu.
Çinli ekibin başarısı; kısıtlamaları kökten değiştiriyor. Araştırmacılar, “kuprat” olarak bilinen ve bakır oksit katmanlarından oluşan özel bir süperiletken sınıfını kullandılar. Kupratlar, doğası gereği yüksek sıcaklıklarda süperiletkenlik özelliğini koruyabilen nadir malzemelerdir. Araştırmacılar, malzemeden elde edilen iki ince parçayı belirli açılarla üst üste getirerek “Josephson eklemi” adı verilen kuantum yapısı inşa ettiler.
Deneyin diğer önemli noktası, uygulanan özel akım darbesi tekniğiyle eklemde doğal asimetri oluşturulmasıydı. Yöntem sayesinde sistem, hiçbir dış manyetik alana ihtiyaç duymadan, sıvı azotun kaynama noktası olan 77 Kelvin’in (-196,15 °C) üzerindeki sıcaklıklarda süperiletken diyot özelliği gösterdi. Bu durum, akımın her iki yönde de yalnızca Cooper çiftleriyle taşınmasına rağmen, sistemin bir yönde farklı bir elektriksel tepki vermesi anlamına geliyor.
Enerji kaybının sıfıra indiği ve klasik elektron gürültüsünün tamamen ortadan kalktığı mekanizma, özellikle hassas verilerin işlendiği kuantum bilgisayarlar için hayati önem taşıyor. Kuantum sistemlerin en büyük düşmanı ısıl gürültü ve sinyal bozulması, yeni teknoloji sayesinde asgariye indirilebilecek.
Geleceğe yönelik beklentiler oldukça yüksek. Araştırma ekibi, geliştirdikleri yöntemin sadece kupratlarla sınırlı kalmayacağını, farklı süperiletken malzemelere de uyarlanabileceğini belirtiyor. Hedef, 100 Kelvin’in (-173,15 °C) üzerinde, hatta oda sıcaklığına daha yakın seviyelerde stabil çalışan süperiletken diyotlar üretebilmek. Hedefe ulaşıldığında, kuantum bilgisayarlar devasa soğutma sistemlerine ihtiyaç duymayan, daha kararlı ve erişilebilir makineler haline gelecek. Kuantum araştırmacıları, keşfin sadece bilgisayar teknolojilerini değil, enerji iletim hatlarından tıbbi görüntüleme cihazlarına kadar elektriğin kullanıldığı her alanı değiştireceğine inanıyor.
Kaynak: Nature