Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Fizikçiler, bir kuantum bilgisayarın kübitlerini Fibonacci dizisine dayalı yarı ritmik lazer darbelerine tabi tutarak, hatalara daha az eğilimli olan kuantum bilgilerini depolamanın bir yolunu gösterdiler."
Physicists Create Mind-Bending New Phase of Matter That Acts Like It Has Two Time Dimensions
Fizikçiler, bir kuantum bilgisayarın içindeki atomlara Fibonacci dizisinden esinlenen bir lazer darbe dizisini parlatarak, maddenin daha önce hiç görülmemiş bir fazını ürettiler. Fizikçilerin 20 Temmuz'da Nature dergisinde bildirdiğine göre, hala tek bir tekil zaman akışı olmasına rağmen, faz iki zaman boyutunun faydalarına sahiptir.
Soyut Zaman Yolculuğu Fiziği Aşamaları
Bu akıl almaz özellik, son derece arzu edilen bir fayda sağlıyorr: Fazda depolanan bilgiler, şu anda kuantum bilgisayarlarda kullanılan alternatif kurulumlara kıyasla hatalara karşı çok daha fazla korunuyor. Sonuç olarak, çalışmanın baş yazarı Philipp Dumitrescu'ya göre, bilgi, kuantum hesaplamayı uygulanabilir kılmak için önemli bir kilometre taşı olan bozulmadan çok daha uzun süre var olabilir.
New York City'deki Flatiron Enstitüsü'nün Hesaplamalı Kuantum Fiziği Merkezi'nde araştırma görevlisi olarak proje üzerinde çalışan Dumitrescu, yaklaşımın “ekstra” bir zaman boyutunu yenilikçi bir şekilde kullanmasının “maddenin evreleri hakkında tamamen farklı bir düşünme biçimi” olduğunu söylüyor. "Bu teori fikirleri üzerinde beş yılı aşkın bir süredir çalışıyorum ve bunların deneylerde gerçekten gerçekleştiğini görmek heyecan verici."
Kuantum Bilgisayarı İki Zamanlı Boyut
Dumitrescu, Vancouver British Columbia Üniversitesi'nden Andrew Potter, Massachusetts, Amherst Üniversitesi'nden Romain Vasseur ve Austin Texas Üniversitesi'nden Ajesh Kumar ile birlikte araştırmanın teorik bileşenine öncülük etti. Brian Neyenhuis başkanlığındaki bir ekip, deneyleri Colorado, Broomfield'deki Quantinuum'da bir kuantum bilgisayar üzerinde gerçekleştirdi.
İterbiyum elementinin on atomik iyonu, ekibin kuantum bilgisayarının beygirleri olarak hizmet edeler. Her iyon, bir iyon tuzağı tarafından üretilen elektrik alanları tarafından ayrı ayrı tutulur ve kontrol edilir ve lazer darbeleri kullanılarak manipüle edilebilir veya ölçülebilir.
Bu atomik iyonların her biri, fizikçilerin kuantum biti veya 'kübit' dediği şey olarak işlev görür. Bilgileri bit cinsinden ölçen (her biri 0 veya 1'i temsil eden) geleneksel bilgisayarların aksine, kuantum bilgisayarlar tarafından kullanılan kübitler, daha fazla bilgi depolamak için kuantum mekaniğinin tuhaflığından yararlanırlar. Tıpkı Schrödinger'in kedisinin kutusunda hem ölü hem de diri olması gibi, bir kübit aynı anda her ikisinin 0, 1 veya bir karışımı - ya da "süperpozisyonu" olabilir. Bu ek bilgi yoğunluğu ve kübitlerin birbirleriyle etkileşim şekli, kuantum bilgisayarların geleneksel bilgisayarların erişiminin çok ötesindeki hesaplama problemlerini çözmesine izin vermeyi vaat ediyor.
Penrose Döşeme Deseni
Ancak, büyük bir sorun var: Schrödinger'in kutusuna bakmak kedinin kaderini belirlediği gibi, bir kübitle etkileşime girmek de öyle. Ve bu etkileşimin kasıtlı olması bile gerekmiyor. Dumitrescu, "Bütün atomları sıkı kontrol altında tutsanız bile, çevreleriyle konuşarak, ısınarak veya şeylerle planlamadığınız şekillerde etkileşime girerek kuantumluklarını kaybedebilirler" diyor. "Pratikte, deneysel cihazlar, sadece birkaç lazer darbesinden sonra tutarlılığı bozabilecek birçok hata kaynağına sahiptir."
Bu nedenle, zorluk, kübitleri daha sağlam hale getirmektir. Bunu yapmak için fizikçiler, esasen değişime ayak uyduran özellikler olan 'simetrileri' kullanabilirler. (Örneğin, bir kar tanesi, 60 derece döndürüldüğünde aynı göründüğü için dönme simetrisine sahiptir.) Bir yöntem, atomları ritmik lazer darbeleriyle patlatarak zaman simetrisi eklemektir. Bu yaklaşım yardımcı olur, ancak Dumitrescu ve iş arkadaşları daha ileri gidip gidemeyeceklerini merak ettiler. Böylece tek seferlik simetri yerine, sıralı fakat tekrar etmeyen lazer darbeleri kullanarak iki tane eklemeyi amaçladılar.
Yaklaşımlarını anlamanın en iyi yolu, sipariş edilen ancak tekrarlanmayan başka bir şeyi düşünmektir: 'yarı kristaller'. Tipik bir kristal, bir petekteki altıgenler gibi düzenli, tekrar eden bir yapıya sahiptir. Bir yarı kristal bir düzene sahiptir, ancak kalıpları asla tekrar etmez. (Penrose döşemesi buna bir örnektir.) Daha da akıllara durgunluk veren şey, yarı kristallerin daha yüksek boyutlardan daha düşük boyutlara yansıtılan veya ezilen kristaller olmasıdır. Bu yüksek boyutlar, fiziksel alanın üç boyutunun bile ötesinde olabilir: Örneğin, bir 2B Penrose döşemesi, bir 5B kafesin yansıtılan bir dilimidir.
Kübitler için Dumitrescu, Vasseur ve Potter 2018'de uzaydan ziyade zamanda bir yarı kristalin üretilmesini önerdiler. Periyodik bir lazer darbesi değişse de (A, B, A, B, A, B, vb.), araştırmacılar Fibonacci dizisine dayalı yarı-periyodik bir lazer darbesi rejimi oluşturdular. Böyle bir dizide dizinin her bir parçası kendinden önceki iki parçanın (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA, vb.) toplamıdır. Bu aranjman tıpkı bir yarı kristal gibi tekrar edilmeden sıralanmıştır. Ve bir yarı kristale benzer şekilde, tek bir boyuta sıkıştırılmış 2B bir modeldir. Bu boyutsal düzleşme teorik olarak sadece bir yerine iki zaman simetrisi ile sonuçlanır: Sistem esasen var olmayan bir ekstra zaman boyutundan bir bonus simetri alır.
Gerçek kuantum bilgisayarlar inanılmaz derecede karmaşık deneysel sistemlerdir, bu nedenle teorinin vaat ettiği faydaların gerçek dünyadaki kübitlerde devam edip etmeyeceği kanıtlanmamıştır.
Deneyimciler, Quantenuum'un kuantum bilgisayarını kullanarak teoriyi teste tabi tuttular. Hem periyodik olarak hem de Fibonacci sayılarına dayalı diziyi kullanarak bilgisayarın kübitlerine lazer ışığı gönderdiler. Odak noktası, 10 atomlu dizinin her iki ucundaki kübitlerdi; araştırmacıların, maddenin iki zaman simetrisini aynı anda deneyimleyen yeni aşamasını görmeyi bekledikleri yer burasıdır. Periyodik testte, kenar kübitleri yaklaşık 1,5 saniye kuantum olarak kaldı; kübitlerin birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşime girdiği göz önüne alındığında zaten etkileyici bir uzunluktu. Yarı-periyodik modelle, kübitler, deneyin bütün uzunluğu boyunca, yaklaşık 5.5 saniye boyunca kuantum olarak kaldı. Dumitrescu, bunun nedeni, ekstra zaman simetrisinin daha fazla koruma sağlaması olduğunu söylüyor.
“Bu yarı-periyodik diziyle, uçta yaşayan tüm hataları ortadan kaldıran karmaşık bir evrim var” diyor. "Bu nedenle, kenar beklediğinizden çok, çok daha uzun süre kuantum-mekanik olarak tutarlı kalıyor."
Bulgular, maddenin yeni fazının uzun vadeli kuantum bilgi depolama işlevi görebileceğini gösterse de, araştırmacıların hala fazı kuantum hesaplamanın hesaplama tarafı ile işlevsel olarak bütünleştirmesi gerekiyor. Dumitrescu, "Doğrudan, cezbedici bir uygulamamız var, ancak bunu hesaplamalara dahil etmenin bir yolunu bulmamız gerekiyor" diyor. "Bu, üzerinde çalıştığımız açık bir problem."
Simons Vaktı, 22 Temmuz 2022, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 28.09.2022, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: Philipp T. Dumitrescu, Justin G. Bohnet, John P. Gaebler, Aaron Hankin, David Hayes, Ajesh Kumar, Brian Neyenhuis, Romain Vasseur ve Andrew C. Potter tarafından “Sıkıştırılmış iyon kuantum simülatöründe gerçekleştirilen dinamik topolojik faz” , 20 Temmuz 2022, Nature. DOI: 10.1038/s41586-022-04853-4
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.