FizikHaber

İlk kez bir elektronun geometrisi belirlendi

elektronun geometrisi belirlendi

Basel Üniversitesi’nden fizikçiler yapay bir atomun içinde tek bir elektronun nasıl göründüğünü ve geometrisini gösterdi. Bu yöntem ile elektronun herhangi bir konumda bulunma ihtimalini tespit edebilen araştırmacılar, gelecek kuantum bilgisayarlarda birer bilgi birimi olacak elektron spinlerini kontrol etmeyi de başarabilecek. Çalışmanın deney ve sonuç kısmı Physical Review Letters’da, teori ise Physical Review B’de yayımlandı.

Bir elektronun spini, kuantum bilgisayarlarda en küçük bilgi birimi olan kübit için en uygun ve olası adaydır. Şimdiye kadarki çalışmalarda bu yönde oldukça umut verici gelişmeler yaşandı. Bir elektronun spinini kontrol etmek ve istenilen yönde değiştirmek birçok fizikçi ve farklı disiplinlerden bilim insanlarının çalıştığı oldukça zorlayıcı katmanları ve engelleri bulunan bir araştırma alanı olarak bilinir. Tek bir spinin stabilitesi ve farklı spinlerin dolaşıklığı birçok unsurun yanı sıra bir daha önce deneysel olarak belirlemek mümkün olmayan elektronların geometrisine de büyük ölçüde bağlıdır.

Basel Üniversitesi Fizik Bölümü’nden Prof. Dominik Zumbühl ve aynı üniversitenin bünyesindeki Swiss Nanoscience Institute’ten Prof. Daniel Loss öncülüğündeki iki ayrı araştırma ekibi, elektronun kuantum noktalardaki geometrisini uzamsal olarak belirleyebilecekleri bir yöntem geliştirdi.

elektronun geometrisi belirlendi

Kuantum noktada hapsedilmiş bir elektron. Yarı iletken yonga plakası içindeki iki boyutlu gazda oluşturulan sistemde elektronlar alan içinde dalga fonksiyonlarına göre değişen ihtimallerde hareket halinde bulunuyor. Elektrik alanın değiştirilmesi ve kontrol edilmesi ile bu dalga fonksiyonların geometrisi değiştirilebiliyor ve elektronun daha önceki olası konumları tahmin edilerek model üzerinde bir elektronun spini ve geometrisi büyük başarı ile tahmin edilebiliyor. (Kaynak; University of Basel, Departement of Physics)

Bir kuantum nokta, teorik olarak doğal bir atomdan bin kat daha büyük olan ve serbest elektronları sınırlandıran tuzak benzeri bir alandır. Bu sebeple uygulamada tuzağa düşen elektronlar atoma bağlı olan elektronlar gibi davranır ve kuantum noktalar ‘yapay atom’lar olarak tanımlanır. Elektron, kuantum noktasında elektrik alanı ile tutulabilir. Bununla birlikte, bu alan içinde hareket eden elektronlar dalga fonksiyonlarına karşılık gelen ihtimaller ile belirli lokasyonlarda sınırlanmış şekilde kalır.

Bilim insanları kuantum noktasındaki enerji seviyelerini belirlemek için spektroskopik ölçümleri kullanıyor ve bu seviyelerin değişken güç ve yönelimde manyetik alanlardaki davranışlarını inceliyorlar. Araştırmacılar, teorik modelde bir elektronun bulunabileceği alanın ihtimalini hesaplayarak nanometre altındaki ölçeklerde tahmin etmeyi başardı.

Ekip, “basitçe söylemek gerekirse bir elektronun ilk kez neye benzediğini göstermek için bu yöntemi kullanabiliriz” diyor. Japonya, Slovakya ve Birleşmiş Milletler’deki araştırmacılar ile yakın temasla yürütülen çalışmada elektronların geometrisi ile spinleri arasındaki bağıntının da daha iyi anlaşılması sağlandı.

Ekipten Zumbühl ortak açıklamada, “Sadece elektronun şeklini ve yönünü belirlemiyoruz, aynı zamanda uygulanan elektrik alanlarının yapılandırmasına göre dalga fonksiyonunu da kontrol edebiliyoruz. Bu bize dönüşlerin kontrolünü çok hedeflenmiş bir şekilde optimize etme fırsatı veriyor.” şeklinde konuştu. Yani, elektron spininin istendiği kadar sabit tutulup, daha sonra kontrol altında istendiği zaman değiştirilmesi ile kübit, ‘bilgi birimi’ olarak kullanılabilir.

Elektronların uzamsal oryantasyonu, bir dizi spinin dolaşıklığında rol oynar. İki atomun bir molekül oluşturmak için birbirlerine bağlanmasına benzer şekilde, iki elektronun dalga fonksiyonları da başarılı bir dolaşıklık için aynı ve tek bir düzlemde olmalıdır. Geliştirilen metot sayesinde spin kübitlerinin daha yüksek verimlilik ve başarı ile optimizasyonu gerçekleşebilecek ve yakın gelecekteki kuantum bilgisayarlarda daha önceki çalışma verilerinin yardımı ile bu çalışmaların daha iyi anlaşılması sağlanılarak kullanılabilecek.

Kaynaklar;

Basel Üniversitesi

Physical Review Letter

Physical Review B

Yazar Hakkında

Gazi Üniversitesi İletişim Fakültesi Gazetecilik bölümü mezunudur. Bilim ve teknoloji haberciliğinden önce spor ve gündem alanlarında muhabirlik yaptı. Paylaşmak istediğiniz haberler için +90 (541) 380 12 73 numaralı whatsapp ihbar hattımızdan veya [email protected] adresinden ulaşabilirsiniz.
Alakalı İçerikler
BilimHaber

Kuantum bilgisayar ile algoritma zamanda eski haline döndürüldü

Bilim dünyasının son haberlerini kaçırmamak için eposta bültenimize hemen üye olun.

Bir Cevap Yazın