Kuantum Deneyi Elektronik İçin Hız Sınırını Ortaya Çıkardı

Bilim insanları artık elektroniğin teorik olarak ne kadar hızlı olabileceğini biliyorlar. Bilgisayarlar ve akıllı telefonlar hızlanırken, ne kadar daha hızlı olabileceklerinin birçok sınırı vardır. Bu sınırlar malzemelerin özelliklerinden ve fizik yasalarından kaynaklanmaktadır.

Sınırlara sebep olan fizik yasalarını araştırmak için TU Wien (Viyana), TU Graz ve Max Planck Kuantum Optiği Enstitüsü'nden bir ekip, lazerler ve iletken olmayan malzemeler kullanarak çok özel bir kurulum oluşturdu. Bu senaryo, mevcut elektronik için bir mimari olmasa da, bilim insanlarına kuantum mekaniğini sınırlarına kadar test etme yolu verdi.

Ve kuantum mekaniğinin bir sınırı var. Nature Communications'da yayınlanan çalışmaya göre, malzemelerde ışık ve elektronik içeren kontrollü süreçler bir petahertz'i geçemez. Bu, saniyede yaklaşık 1.000 trilyon işlem demektir. Ticari olarak satılan işlemcilerin saat frekansı 4,5 gigahertz düzeyindedir, bu nedenle sınır 250.000 kat daha hızlıdır.

TU Wien'den ortak yazar Prof. Christoph Lemell yaptığı açıklamada, "Uzun süredir bu tür süreçler anlık olarak kabul edildi. Ancak bugün, bu ultra hızlı süreçlerin zamandaki gelişimini ayrıntılı olarak incelemek için gerekli teknolojiye sahibiz." dedi.

Sınır, kuantum mekaniğinin temel taşlarından birinden gelir: belirsizlik ilkesi. Bu ilkeye aşina olabilirsiniz. Bir parçacığın konumunu ne kadar kesin olarak bilirseniz, momentumu o kadar az kesin olarak tahmin edilebilir ve bunun tersi de geçerlidir. Bu aynı zamanda enerji ve zamana da uygulanabilir. Dolayısıyla daha yüksek hız için daha kısa lazer darbelerine ihtiyacınız var, bu da enerjinin tam olarak tanımlanmadığı anlamına geliyor ve enerji anahtardır. 

Elektriğin akması için serbest elektronlara ihtiyacınız vardır ve sisteme sağlanan enerji elektronları atomlardan ayırabilir. Dolayısıyla, verdiğiniz enerjide bir belirsizlik varsa, sisteminiz belirli bir kısa süreli darbe eşiğinin ötesinde beklediğiniz gibi çalışmayabilir.

Lemell, "Ücretsiz yük taşıyıcılarının tam olarak hangi noktada oluşturulduğunu söyleyebiliriz, ancak hangi enerji durumunda olduklarını söyleyemeyiz. Katıların farklı enerji bantları vardır ve kısa lazer darbeleriyle birçoğu kaçınılmaz olarak aynı anda ücretsiz yük taşıyıcıları tarafından doldurulur." dedi.

Petahertz güzel bir tur limiti olsa da ekip, elektroniğin buna yaklaşmasının pek olası olmadığına inanıyor. Gerçek fiziksel hız sınırını anlamak için test edilmesi gereken belirli malzemeler ve özel kurulumla ilgili başka fiziksel özellikler de vardır. Ama en azından artık bu sınırlara ulaşabilen yaklaşımlar var.

 

Kaynak:

https://www.iflscience.com/technology/quantum-experiment-reveals-speed-limit-for-electronics/