• Nisan 4, 2022

Bilim insanları kuantum hız sınırını hesapladı

Bilim insanları kuantum hız sınırını hesapladı

Bilim insanları elektronik için mutlak kuantum hız sınırını hesapladı. Araştırmacılar, kuantum mekaniği işleri karıştırmadan önce optoelektronik sistemlerin ne kadar hızlı olabileceğinin mutlak üst sınırını hesapladı.

Genellikle elektronikler sonsuza kadar daha hızlı olmaya devam edecek gibi düşünülüyor. Ancak bir noktada fizik yasaları buna bir son vermek için müdahale edecek. Şimdi bilim insanları kuantum mekaniğinin mikroçiplerin daha hızlı olmasını engellediği nokta olan nihai hız sınırını hesapladı.

Hiçbir şeyin ışıktan daha hızlı hareket etmediği iyi bilinir ve bu elektronik için de geçerlidir. Elektriği kontrol etmek için ışığı kullanan sistemler, optoelektronik olarak bilinen en hızlı cihazlardır. Yeni çalışmada TU Wien, TU Graz ve Max Planck Kuantum Optiği Enstitüsü’nden araştırmacılar, optoelektroniklerin ne kadar hızlı olabileceğinin üst sınırını belirledi.

Çalışma ekibi, yarı iletken malzemeler ve lazerler kullanarak deneyler yaptı. Yarı iletkene, malzemedeki elektronları daha yüksek bir enerji durumuna kaydıran ve serbestçe hareket etmelerini sağlayan ultra kısa bir lazer darbesi ile vuruldu. Ardından, biraz daha uzun olan ikinci bir lazer darbesi onları belirli bir yönde ateş ederek bir elektrik akımı üreterek gönderir.

Bu tekniği ve karmaşık bilgisayar simülasyonlarını kullanan ekip, yarı iletkenleri daha kısa lazer darbeleriyle vurdu. Ancak belirli bir noktada süreç Heisenberg’in belirsizlik ilkesine karşı çıkmaya başlar ve bu, bir parçacığın bir özelliğini ne kadar doğru ölçerseniz, diğerinden o kadar az emin olabileceğiniz garip kuantum tuhaflığıdır.

Bu durumda, daha kısa lazer darbeleri kullanmak, gözlemcilerin elektronların ne zaman enerji kazandığını tam olarak söyleyebileceği anlamına gelir. Ancak bu, kazandıkları enerji miktarı hakkında daha az emin olma pahasına gelir ve bu elektronik cihazlar için büyük bir problem. Çünkü elektronların tam enerjilerini bilmemek, onların tam olarak kontrol edilemeyecekleri anlamına geliyor.

Araştırmacılar bundan yola çıkarak optoelektronik sistemlerin ne kadar hızlı olabileceğinin mutlak üst sınırını hesapladı, bir Petahertz, yani bir milyon Gigahertz. Bu zor bir sınırdır, etrafında tasarlanamayacak bir sınırdır çünkü bariyer tam da kuantum fiziğinin yasalarına göre fırınlanmıştır.

Bilim insanları diğer teknolojik engellerin, optoelektronik cihazlar PHz alanına ulaşmadan çok önce ortaya çıkacağını söylüyor. Ancak katı sınırı anlamak, daha iyi elektroniklerin geliştirilmesine yardımcı olabilir.