Kudüs, 7 Nisan, 2025 (TPS-IL) — Kuantum mekaniği ve ultra hızlı optik alanında çığır açan bir ilerlemeyle İsrailli bilim insanları, yüksek hızlı bilgi işlem ve iletişim teknolojilerinde devrim yaratabilecek yeni bir teknik tanıttı.
Araştırma, güçlü bir lazer darbesinin bir malzemenin temel özelliklerindeki değişiklikleri attosaniyeler içinde nasıl tetikleyebileceğini gösteriyor; bu, ışığın kendisinin bu süre zarfında yalnızca bir hidrojen atomunun genişliğini kat ettiği çok kısa bir zaman birimidir.
Araştırmayı yöneten Weizmann Enstitüsü Karmaşık Sistemler Fiziği Bölümü’nden Prof. Nirit Dudovich, “Bir malzemedeki enerji seviyeleri arasındaki bireysel elektronların ‘yolculuğunu’ nasıl izleyeceğimizi öğrendiğimizde, ışığı ve onun etkileri hakkında edindiğimiz bilgileri kullanarak malzemenin özelliklerini yüzlerce veya on attosaniyeler içinde kasıtlı ve hassas bir şekilde değiştirebiliriz” dedi.
“Bu yeteneğe dayanarak, üretilebilecek en hızlı işlemciler geliştirilebilir ve bu da bilginin iletilme veya işlenme hızını kat kat artıracaktır” diye açıkladı.
Hakemli Nature Photonics dergisinde yayınlanan çalışma, yoğun lazer darbelerinin bir malzemenin davranışını hızla değiştirebileceği, onu bir iletkenden yalıtkana kaydırabileceği veya şeffaflığını değiştirebileceği yönündeki çığır açan keşif etrafında yoğunlaşıyor. Bu tür dönüşümler teorik olarak daha önce anlaşılmış olsa da, ilgili aşırı zaman ölçekleri nedeniyle bunları gerçek zamanlı olarak yakalamak büyük bir zorluk olmuştur.
Bu engeli aşmak için Dudovich’in ekibi yeni bir çift lazer tekniği geliştirdi. Lisansüstü öğrencileri Omer Kenler, Chen Mor ve Noa Yaffe, iki hassas zamanlanmış lazer ışını kullanan yöntemin tasarımında kilit rol oynadı. Nispeten uzun darbelerden oluşan ilk ışın, istenen değişikliği tetiklemek için malzeme ile etkileşime girdi. Eş zamanlı olarak, ultra kısa attosaniye darbelerinden oluşan ikinci bir ışın, değiştirilmiş malzemeden geçen ışığın gecikmesini yakalayan yüksek hızlı bir kamera gibi işlev görüyor. Bu ışınlardan gelen verileri birleştirerek ve ortaya çıkan girişim desenini analiz ederek ekip, malzemedeki değişiklikleri benzeri görülmemiş bir hassasiyetle yeniden yapılandırabildi.
Dudovich, “Bu yöntem elektronlar için bir navigasyon uygulaması gibidir” diye açıkladı. “Waze gibi uygulamalar seyahat süresini tahmin ederken, yöntemimiz ışığın ne kadar geciktiğini analiz ederek elektronun malzeme içindeki ‘seyahat planını’ yeniden yapılandırıyor. Buradan, malzemenin enerji seviyelerinin ışığa nasıl tepki verdiğini öğreniyoruz.”
Elektronun bir malzeme içindeki yolculuğunu izleme ve malzemenin enerji seviyelerinin nasıl kaydığını gözlemleme yeteneği, kuantum mekaniği alanında yepyeni olasılıklar açıyor. Dudovich’in ekibi, yoğun lazer darbelerinin bu enerji seviyelerini gerçek zamanlı olarak bölebileceğini, birleştirebileceğini veya yeniden düzenleyebileceğini gösterdi. Bu atılım sadece bir gözlem değil; malzemenin fiziksel durumunu kuantum hızlarında hassasiyetle kontrol etmek için bir araç sağlıyor.
Bu araştırmanın etkileri laboratuvarın çok ötesine uzanıyor. Malzeme özelliklerindeki ultra hızlı değişiklikleri manipüle etme ve izleme yeteneği, yeni nesil işlemcilerin ve iletişim teknolojilerinin geliştirilmesinde derin uygulamalara sahip. Dudovich, “Keşifler, bilginin iletilme veya işlenme hızını kat kat artıracak hızlı işlemcilerin geliştirilmesine yol açabilir” diye vurguladı.
Bu atılım, potansiyel olarak mevcut teknolojinin yeteneklerinin çok ötesinde hızlarda çalışan işlemcilerin oluşturulmasına yol açabilir. Bu işlemciler, malzemelerin kuantum durumlarını manipüle etmek için elektrik yerine ışığı kullanarak, verileri optik veya hatta attosaniye hızlarında işleyebilir, bu da bilgi işlem gücünü ve enerji verimliliğini büyük ölçüde artırır.
Bilgi işlemin yanı sıra, yeni teknik yüksek hızlı iletişim ve kuantum cihazlarının geliştirilmesi için de umut vaat ediyor. Kırılma indisinin bu kadar ince ölçeklerde manipüle edilebilmesi, mevcut fiber optik teknolojisinin yeteneklerini aşan optik anahtarlar ve modülatörlerin oluşturulmasına yol açabilir.
