Finlandiya’daki Aalto Üniversitesi’ndeki bilim insanları, dünyanın ilk döngüsel ısı motorunu inşa ettiler. Bu motor, süper iletken bir devre içinde çalışıyor ve kuantum soğutucusundan alınan son derece küçük miktardaki ısıyı faydalı işe dönüştürüyor. Bu araştırma, yakın gelecekte binlerce kübite sahip kuantum bilgisayarların inşası sırasında binlerce avroyu tasarruf etmeye yardımcı olabilir.
Finlandiya’nın Kuantum Teknolojisi Stratejisi, 2035 yılına kadar bin adet mantıksal kübite sahip bir kuantum bilgisayar inşa etmeyi hedefliyor. Bu ölçekteki bir kuantum bilgisayarı, yüz binlerce fiziksel kübit gerektirecek ve bunlar milyonlarca mikrodalga kablosuyla birbirine bağlanacak. Günümüz fiyatlarıyla her bir kablonun maliyeti bin avro olup, bu da böyle bir kuantum bilgisayarın maliyetini önemli ölçüde artırıyor.
Aalto Üniversitesi’ndeki bilim insanları ayrıca, bu altyapının kuantum sistem kurulumuna getirdiği gürültü sorunundan endişe duyuyorlardı ve alternatif bir yaklaşımın mümkün olup olmadığını merak ediyorlardı.
Bu sorunun cevabı, tamamen o kablolara ihtiyaç duymayan özerk cihazlar inşa etmekti. Ancak, bu ölçekte bir özerk cihaz inşa etmek için, bilim insanlarının öncelikle bir kuantum ısı motoru inşa etmeleri gerekiyordu.
Kuantum Isı Motoru
Isı motorları, Sanayi Devrimi’nin önemli bir itici gücüydü. Arabalardan uçaklara, gemilerden elektrik santrallerine kadar, ısı motorları her yerde bulunuyor. Bunlar, ısıyı faydalı enerjiye dönüştürerek iş yapılmasına olanak sağlıyor.
Geçmişte daha büyük ve daha güçlü motorlar inşa ederken, fizikçiler artık klasik termodinamiğin kuantum ölçeğinde de mümkün olabileceği fikriyle ilgileniyorlar. Finlandiya’daki Aalto Üniversitesi’nde kuantum teknolojileri profesörü Mikko Möttönen liderliğindeki bir ekip, transmon kübiti, rezonatör ve bir kuantum soğutucu kullanarak bu başarıya ulaştı.
“Deneyimizde, süper iletken devreler kullanarak nanoyapılı bir ısı motoru inşa ettik ve bunu mutlak sıfıra yakın bir sıcaklıkta çalışan bir cihazda çalıştırdık,” diye açıkladı projeye dahil olan Tuomas Uusnäkki. Ekip, otomobil motorlarını çalıştıran aynı termodinamik süreci olan Otto çevrimini, süper iletken devre içinde gerçekleştirdi.
Özerk Cihazlara Doğru
Isı motorunun ölçülebilir bir iş yapıp yapmadığını belirlemek için, ekip kübiti kuantum-devre soğutucusuna aktardı ve ısı akışını kuantum ölçeğinde kontrol etti. Diğer ısı motorlarının aksine, bu kuantum ısı motoru hem ısı kaynağı hem de soğuk kaynak olarak aynı kuantum soğutucuyu kullanıyor. Bu, sistemi basit hale getirirken aynı zamanda çok yönlü olmasını sağlıyor.
“Kuantum-devre soğutucumuz, kübiti gerektiğinde hem ısıtabilir hem de soğutabilir,” diye ekledi Uusnäkki. “Dikkatlice zamanlanmış kontrol darbeleri kullanarak, motoru Otto çevrimi içinde çalıştırdık ve motor çalıştığı sırada kübitin durumunu izledik.”
Kuantum ısı motoru inşa etme başarısı, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklardan oda sıcaklığına kadar olan aralıkta mikrodalga darbeleri kullanmadan bile kübitleri okuyabilen tamamen özerk bir ısı motoru inşa etmek için zemin hazırlıyor.
Özerk bir ısı motoru, sadece binlerce avro değerinde mikrodalga kablo maliyetinden tasarruf sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda gelecekte kuantum bilgisayarların inşasının karmaşıklığını da azaltmaya yardımcı olacak.
Araştırma sonuçları, dergide yayınlandı.
Bu başarı, Türkiye’nin erken dönemlerine giderek, o dönemde kullanılan basit makinelerin ve ısı enerjisinin dönüştürülmesinin nasıl bir devrim yarattığının modern bir yansımasıdır. Tıpkı o zamanlar olduğu gibi, günümüzde de kuantum teknolojisi, insanlığın sınırlarını zorlayacak potansiyele sahip.
Kaynak: Interesting Engineering