Fonon kristalleri için genetik algoritmanın tespiti

TOKYO, Japonya – Kuantum bilgisayarların ortaya çıkışı, karmaşık sorunları geleneksel bilgisayarların hızından çok daha hızlı çözerek bilgi işlemde devrim yaratmayı vaat ediyor. Ancak günümüzün kuantum bilgisayarları kararlılığın korunması ve kuantum bilgilerinin iletilmesi gibi zorluklarla karşı karşıyadır. Periyodik ağlardaki kuantum salınımları olan fononlar, kuantum-kubit etkileşimlerini geliştirerek ve daha güvenilir bilgi dönüşümü sağlayarak bu sistemleri iyileştirmenin yeni yollarını sunuyor. Fononlar ayrıca kuantum bilgisayarlar içinde daha iyi iletişimi kolaylaştırarak onların bir ağa bağlanmalarına olanak tanır. Spesifik fononik özelliklere sahip yapay nanoyapılar olan nanofononik malzemeler, kuantum ağları ve yeni nesil iletişim cihazları için vazgeçilmez olacaktır. Bununla birlikte, nano ve mikro ölçeklerde arzu edilen titreşim özelliklerine sahip fonon kristallerinin tasarlanması hala bir zorluktur.

Yakın zamanda ACS Nano dergisinde yayınlanan bir çalışmada, Tokyo Üniversitesi Endüstriyel Bilim Enstitüsü’nden araştırmacılar, fonon kristal nanoyapılarının istenen özelliklere dayalı bir yapı üreten otomatik ters tasarımı için yeni bir genetik algoritmayı deneysel olarak gösterdiler. Malzemedeki ses dalgalarının kontrolü. Araştırmanın baş yazarı Michel Diego, “Yapay zeka ve ters tasarımdaki son gelişmeler, benzersiz özellikler sergileyen düzensiz yapıları arama olanağı sunuyor” diye açıklıyor. Genetik algoritmalar, önerilen çözümleri, gelecek nesle en iyi şekilde aktarılan özellikleri veya “genleri” ile yinelemeli olarak değerlendirmek için simülasyonları kullanır. Bu yeni yöntemle tasarlanıp üretilen prototip cihazlar, bu yaklaşımın etkinliğini belirlemek amacıyla ışık saçılım deneyleriyle test edildi.

Ekip, daha küçük tasarlanmış birimlerden oluşan periyodik bir düzenlemeye sahip olan iki boyutlu bir fonon “metakristal” üzerindeki titreşimleri ölçebildi. Cihazın bir eksen boyunca titreşimlere izin verdiğini ancak dikey yönde izin vermediğini ve bu nedenle akustik odaklama veya dalga kılavuzları için kullanılabileceğini gösterdiler. Başyazar Masahiro Nomura, “Normal insan sezgilerinin ötesinde karmaşık şekillere sahip optimize edilmiş yapılara yönelik arayışın genişletilmesiyle, ses dalgalarının yayılma özellikleri üzerinde hassas kontrole sahip cihazları hızlı ve otomatik olarak tasarlamak mümkün hale geliyor” diyor. Bu yaklaşımın kuantum bilgisayarlarda, akıllı telefonlarda ve diğer cihazlarda kullanılan yüzey akustik dalga cihazlarına uygulanması bekleniyor.