Fizikçiler, bir kuantum bilgisayarının içindeki atomlara bir Fibonacci lazer darbesi ateşleyerek, maddenin iki zaman boyutu varmış gibi davranan tamamen yeni, garip bir fazını meydana getirdiler.
10 iterbiyum iyonundan oluşan bir ipliği ritmik olarak sallamak için lazerler kullanılarak oluşturulan maddenin yeni fazı , bilim adamlarının bilgileri çok daha fazla hata korumalı bir şekilde depolamasını sağlar ve böylece verileri uzun süre tutabilecek kuantum bilgisayarların yolunu açar. bozulmadan zaman. Araştırmacılar bulgularını 20 Temmuz'da Nature dergisinde yayınlanan bir makalede özetlediler.
New York City'deki Flatiron Enstitüsü'nün Hesaplamalı Kuantum Fiziği Merkezi'nde araştırmacı olan baş yazar Philipp Dumitrescu yaptığı açıklamada, teorik bir "ekstra" zaman boyutunun dahil edilmesinin "maddenin evreleri hakkında tamamen farklı bir düşünme biçimi olduğunu" söyledi . "Beş yılı aşkın bir süredir bu teori fikirleri üzerinde çalışıyorum ve bunların deneylerde gerçekten gerçekleştiğini görmek heyecan verici."
Fizikçiler, başlangıçta teorik olarak yeni bir zaman boyut oluşturmak veya daha iyi kuantum veri depolanmasını sağlamak için bir yola çıkmadılar, ana amaçları standart katı, sıvı, gaz ve plazmanın ötesinde maddenin var olabileceği yeni bir form olan yeni bir madde fazı meydana getirmekti.
Kuantum bilgisayar şirketi Quantenuum'un iyon tuzağı olarak bilinen bir cihazda lazerler tarafından hassas bir şekilde kontrol edilen bir vakum odasında 10 iterbiyum iyonundan oluşan H1 kuantum işlemcisinde yeni aşamayı oluşturmaya başladılar.
Sıradan bilgisayarlar, tüm hesaplamaların temelini oluşturmak için bitleri veya 0'ları ve 1'leri kullanır. Kuantum bilgisayarlar, 0 veya 1 durumunda da bulunabilen kübitleri kullanmak üzere tasarlanmıştır. Ancak benzerliklerin bittiği yer burasıdır. Kuantum dünyasının tuhaf yasaları sayesinde, kübitler, ölçüldükleri ana kadar hem 0 hem de 1 durumlarının bir kombinasyonunda veya üst üste binmesinde var olabilirler ve bunun üzerine rastgele bir 0 veya 1'e çökerler.
Bu garip davranış, kuantum hesaplamanın gücünün anahtarıdır, çünkü kübitlerin kuantum dolaşıklığı yoluyla birbirine bağlanmasına izin verir , bu süreç Albert Einstein'ın "uzaktan ürkütücü eylem" olarak adlandırdığı bir süreçtir. Dolaşıklık, iki veya daha fazla kübiti birbirine bağlayarak, aralarında çok uzak mesafeler olsa bile bir parçacıktaki herhangi bir değişikliğin diğerinde bir değişikliğe neden olmasını sağlar. Bu, kuantum bilgisayarlarına aynı anda birden fazla hesaplama yapma yeteneği vererek, işlem güçlerini klasik cihazlara göre katlanarak artırır.
Ancak kuantum bilgisayarların gelişimi büyük bir kusur tarafından engelleniyor: Qubit'ler sadece etkileşime girip birbirleriyle karışmazlar; Kuantum bilgisayarın dışındaki ortamdan mükemmel bir şekilde izole edilemedikleri için, dış ortamla da etkileşime girerek, eşevresizlik adı verilen bir süreçte kuantum özelliklerini ve taşıdıkları bilgileri kaybetmelerine neden olurlar.
Bilim insanı Dumitrescu, " Bütün atomları sıkı kontrol altında tutsanız bile, çevreleriyle konuşarak, ısınarak veya planlamadığınız şekillerde etkileşime girerek kuantumlarını kaybedebilirler." Diyor.
Bu sinir bozucu uyumsuzluk etkilerini aşmak ve yeni, kararlı bir faz oluşturmak için fizikçiler, topolojik fazlar adı verilen özel bir faz kümesine baktılar. Kuantum dolaşıklığı, kuantum cihazlarının yalnızca kübitlerin tekil, statik konumları boyunca bilgileri kodlamasını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bunları tüm malzemenin dinamik hareketlerine ve etkileşimlerine tam olarak malzemenin dolaşmış durumlarının biçiminde veya topolojisinde dokumasını sağlar. Bu, bilgiyi tek bir parça yerine birden çok parçanın oluşturduğu şekilde kodlayan bir "topolojik" kübit yaratır ve fazın bilgisini kaybetme olasılığını çok daha düşük hale getirir.
Bir fazdan diğerine geçmenin önemli bir özelliği, fiziksel simetrilerin kırılmasıdır. Kuantum bilgisayar içinde yeni bir topolojik faz oluşturmak da simetri kırılmasına dayanır, ancak bu yeni faz ile simetri uzayda değil, zamanda kırılır.
Fizikçiler, deneyde zincirdeki her bir iyona lazerlerle periyodik bir sarsıntı vererek, durgun iyonların sürekli zaman simetrisini kırmak ve kendi zaman simetrilerini dayatmak istediler. Ama deney başarısız oldu. Fizikçiler, eşevresizlik etkilerine karşı bağışık olan bir topolojik faz oluşturmak yerine, düzenli lazer darbeleri ile sistemin dışından gelen gürültüyü güçlendirerek iyonlara etki ettirdi ama iyonlar açıldıktan 1,5 saniyeden daha kısa bir sürede yok oldu.
Deneyi yeniden gözden geçirdikten sonra, araştırmacılar, daha sağlam bir topolojik faz oluşturmak ve sistemin karıştırılma ihtimalini azaltmak için iyon zincirine birden fazla simetriyi düğümlemeleri gerektiğini fark ettiler. Bunu yapmak içinde, basit ve düzenli bir şekilde tekrar etmeyen ancak yine de zaman içinde bir çeşit daha yüksek simetri gösteren bir nabız paterni bulmaya karar verdiler.
Bu onları, önceki ikisinin eklenmesiyle dizinin bir sonraki numarasının oluşturulduğu Fibonacci dizisine götürdü. Basit bir periyodik lazer darbesi iki lazer kaynağı (A, B, A, B, A, B vb.) arasında geçiş yapabilirken, yeni darbe dizileri bunun yerine daha önce gelen iki darbeye göre şekillendirdi (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA, vb.).
Bu Fibonacci nabız atışı, tıpkı uzaydaki bir yarı kristal gibi, hiç tekrar edilmeden düzenlenmiş bir zaman simetrisi oluşturdu. Ve tıpkı bir yarı kristal gibi, Fibonacci darbeleri de daha yüksek boyutlu bir deseni daha düşük boyutlu bir yüzeye sıkıştırırdı. Penrose döşeme gibi bir uzaysal yarı kristal durumunda, iki boyutlu bir yüzeye beş boyutlu kafesin bir dilimi yansıtıldı. Fibonacci darbe modeline baktığımızda, iki teorik zaman simetrisinin tek bir fiziksel simetriye dönüştüğünü görüyoruz.
Araştırmacılar açıklamada, "Sistem esasen var olmayan bir ekstra zaman boyutundan bir bonus simetri alıyor" diye yazdı. Sistem, gerçekte fiziksel olarak imkansız olsa bile, zamanın iki boyutuyla daha yüksek bir boyutta var olan bir malzeme olarak görünüyor.
Ekip test ettiğinde, yeni yarı-periyodik Fibonacci darbesi, sistemi testin tüm 5.5 saniyesi boyunca veri kaybından koruyan bir topografik aşama yarattı. Gerçekten de, diğerlerinden çok daha uzun süre boyunca uyumsuzluğa karşı bağışık olan bir aşama oluşturmuşlardı.
Dumitrescu, "Bu yarı-periyodik diziyle, uçta yaşayan tüm hataları ortadan kaldıran karmaşık bir evrim var ve bu nedenle, kenar beklediğinizden çok daha uzun süre kuantum-mekanik olarak tutarlı kalır." dedi
Fizikçiler amaçlarına ulaşmış olsalar da, fazlarını kuantum programcıları için yararlı bir araç haline getirmek için bir engel kalıyor: hesaplamalarla girilebilmesi için onu kuantum hesaplamanın hesaplama tarafı ile entegre etmek.
Dumitrescu, "Bu doğrudan, cezbedici uygulamaya sahibiz, ancak bunu hesaplamalara dahil etmenin bir yolunu bulmamız gerekiyor. Bu üzerinde çalıştığımız açık bir problem." dedi
Kaynak: Scientists blast atoms with Fibonacci laser to make an 'extra' dimension of time
👌
YanıtlaSil