Işık insanlara evren ile iletişim kurabilmek adına eşsiz fırsatlar sunmaktadır. Dünyamızda ışığı kontrol etmek gezegenin bir tarafından diğerine veri göndermemizi sağlamaktadır. Işığın geniş kullanım alanları düşünüldüğünde kuantum teknolojisi için etkin bir rolde olması çok olağan gözükmektedir. Örneğin bilim insanları atomu kontrol etmek için ışığı kullanmaktadırlar. Kuantum teknolojisi için bu tür kullanım alanları sınırlıdır. Kuantum teknolojisinin daha fazla ve daha etkin kullanılabilmesi için kuantum teknolojisinin küçültülmesi diğer bir deyişle minyatürleşmesi gerekmektedir. Işığın da bu anlamda kullanılabileceği düşünülmektedir. Illinois Kuantum Bilgi Bilimi ve Teknoloji Merkezi üyesi Gaurav Bahl ve ekibi ışığı kontrol etmek için ses dalgalarını kullanan basit ve kompakt bir fotonik devre tasarladılar. Tasarlanan bu devre ışığının yönlülüğünü izole ve kontrol etmenin mümkün olabileceğini sunmaktadır. Yapılan araştırmalar sonrası ekibin ölçümleri, bundan önceki tüm çip üstü alternatiflerden daha iyi performans gösterdiğini göstermektedir.
En iyi koşullarda bile, ışığın kontrol edilmesi zordur. Işık bir yüzeyle karşılaştığında yansıyacak, emecek ve kırılacaktır. Mesela bir ayna ışığı geldiği yere geri gönderir, bir cam parçası ışığın içinden geçmesine izin verirken ışığı büker, koyu renk kayalar ışığı emer ve ısıya dönüştürür. Büyük kuantum cihazlarındaki ışığı kontrol etmek normalde geniş bir ayna, mercek, elyaf ve daha fazlasını içeren zorlu bir iştir. Minyatürleştirme, bu bileşenlerin çoğuna farklı bir yaklaşım gerektirir. Son birkaç yılda, bilim adamları ve mühendisler mikroçipler üzerinde çeşitli ışık kontrol elemanları tasarlamada önemli ilerlemeler kaydettiler.
Fotonik Kompakt İzolatör
Bahl’ın ekibi, tasarımda basit olduğu ortaya çıkan, ortak optik malzemeler kullanan ve farklı ışık dalga boyları için kolayca uyarlanabilen yeni bir manyetik olmayan izolatör tasarladılar. Tam atom tabanlı bir sistemde, dalga kılavuzu lazer ışığını bir dizi elementten geçerek atom içeren küçük bir odaya yönlendirecektir. Bunu göz önünde bulunduran ekip, çiplerini 780 nanometre ışıkla kullanım için optimize etti. Bu, tasarımın sadece ilk yarısıdır, çünkü izolasyon için ışığın aynı anda ters yönde bloke edilmesi gerekir ancak ekip daha önce simetrik ışık akışını kırmak için ses dalgalarını fotonik bir devreye sokabileceklerini de göstermiştir.
Tasarlanan kompakt fotonik izolatör, dikdörtgen yarış pistine benzeyen bir dalga kılavuzu ve bitişik bir halka rezonatörü içerir. Normalde gelen ışık, yönüne bakılmaksızın dalga kılavuzundan rezonatöre geçer ve böylece tüm ışık akışını engeller. Ancak ekip rezonatöre ses dalgaları uyguladığında, rezonatör sadece dalga kılavuzundan geriye doğru hareket eden ışığı yakalamıştır. Bir sonraki adımda ise ışık dalga kılavuzundan sanki rezonatör orada yokmuş gibi engelsiz bir şekilde geçer. Araştırmalar neredeyse her fotonun dalga kılavuzundan ileri yönde hareket ettiğini ve geriye doğru dönme olasılığının yalnızca on binde bir olduğunu ortaya koydu. Bu, tasarımın kayıpları veya istenmeyen ışık emilimini neredeyse sıfıra indirdiği anlamına gelmektedir. Gelişmeler olumlu anlamda devam ettikçe kuantum teknolojisinin hayatımıza girme süresi oldukça kısalacak ve insanlık ve teknolojinin gelişim hızlı oldukça artacaktır.
Yorumlar