Süperiletken malzemede keşfedilen kuantum yankı, kuantum bilgi işleme ve saklama teknolojilerinde önemli bir adım olarak değerlendiriliyor.
ABD Enerji Bakanlığına bağlı Ames Ulusal Laboratuvarı ve Iowa Eyalet Üniversitesinden bilim insanları, süperiletken bir malzemede şimdiye kadar gözlemlenmemiş yeni bir kuantum yankı türü tespit etti. “Higgs yankısı” (Higgs echo) olarak adlandırılan bu olgu, süperiletken malzeme içindeki kuantum salınımların, beklenmedik şekilde tekrar belirdiğini gösteriyor. Keşif, kuantum bilgi saklama, kodlama ve geri çağırma gibi temel işlemler için süperiletkenlerin kullanılabileceğini göstererek, kuantum teknolojileri alanında önemli bir atılım anlamına geliyor.
Süperiletkenlik nedir?
Süperiletkenlik, bazı malzemelerin çok düşük sıcaklıklarda elektrik akımını tamamen dirençsiz ilettiği faza deniyor. Süperiletken hale geçen bir malzemede, elektronlar bireysel parçacıklar olmaktan çıkarak, kolektif bir kuantum dalgası şeklinde hareket ediyor. Yani tüm elektronlar, tıpkı bir dalga gibi birlikte hareket ederek malzemenin süperiletken olmasını sağlıyor.
Bu kolektif kuantum hal içinde, zamanla oluşan titreşimler, Higgs bozonunun hareketine benzediği için bu kuantum fazına Higgs modu ismi veriliyor.
Higgs modu nedir?
Higgs modu, parçacık fiziğinde bilinen Higgs bozonuyla matematiksel olarak benzer bir yapıya sahip olduğundan bu ismi alıyor. Higgs alanı, evrende parçacıkların kütle kazanmasına neden oluyor. Bu alan dengede iken kararlı davranıyor fakat bir sapma olduğunda, yani alanda bir titreşim meydana geldiğinde, bu sapma Higgs bozonu olarak gözlemleniyor.
Süperiletkenlikte de benzer bir yapı görülüyor. Dalga fonksiyonunda oluşan kuantum salınımlar tıpkı Higgs alanında olduğu gibi davranıyor. Bu nedenle, bu kolektif salınımlara Higgs modu deniyor. Higgs modu yalnızca süperiletken faza geçildiğinde görülüyor; sistem kuantum uyumu (coherence) kazanmışsa, bu tür salınımlar mümkün hale geliyor.
Ancak bu titreşimler genellikle son derece kısa ömürlü ve kuaziparçacıklarla karmaşık etkileşimlere girer. Kuaziparçacıklar; süperiletkenlik kırıldığında ortaya çıkan elektron benzeri uyarımlara deniyor. Karmaşık etkileşimler nedeniyle, titreşimlerin doğrudan gözlemlenmesi bugüne dek oldukça zordu.
Araştırmanın katkısı
Araştırma ekibi, bu zor gözlemi mümkün kılmak için gelişmiş terahertz (THz) spektroskopi tekniklerinden yararlandı. Kuantum bilgisayar devrelerinde sıklıkla kullanılan süperiletken niyobyum malzeme üzerine, son derece hassas şekilde zamanlanmış THz lazer darbeleri gönderildi. Bu darbeler Higgs modunu uyardı ve bilim insanları, bu uyarıya birkaç zaman birimi sonra gelen ikinci bir tepki gözlemledi. Bu gecikmeli ikinci salınım, Higgs yankısı olarak adlandırıldı.
Araştırma ekibinin lideri Jigang Wang, “Atomlarda ya da yarı iletkenlerde gözlemlenen geleneksel yankılardan farklı olarak Higgs yankısı, Higgs modlarıyla kuaziparçacıklar arasındaki karmaşık etkileşimlerden doğuyor ve ayırt edici özelliklere sahip olağan dışı sinyaller üretiyor” dedi.
Higgs yankısının en önemli özelliği, süperiletken malzeme içinde daha önce gizli kalmış kuantum yolları açığa çıkarabilmesi. Bu yankı, yalnızca sistemin geçmişte aldığı bir uyarıyı hatırlamakla kalmıyor; aynı zamanda malzeme içine gömülü kuantum bilgiyi ortaya çıkarabiliyor. Wang ve ekibi, Higgs yankısını kullanarak, bu bilgiyi kodlama, saklama ve yeniden okuma işlemlerini gerçekleştirebileceklerini gösterdi.
Kaynak: 2NNews
