Fizikçiler Bir Kuantum Bilgisayarını Zaman Kristaline Dönüştürdü

Kuantum bilgisayarlar, hızlı ve pratik bir şekilde çalıştırılabilecek algoritma türlerini genişletmeyi ve parçacık fiziğinden farmakolojiye ve meteorolojiye kadar birçok alanda araştırmaları hızlandırmayı vaat ediyor.

Teknolojinin temellerinin geliştirilmesinde muazzam bir ilerleme kaydedildi, ancak teknoloji ölçeklendikçe hatalar büyük bir engel haline geliyor.

Çin ve ABD'den fizikçilerden oluşan bir ekip, bir kuantum bilgisayarın sağlam bir zaman kristali gibi davranmasını deneysel olarak sağlayarak, teknolojiyi ölçeklendikçe hatalara daha az eğilimli hale getirmeyi umuyor.

Zaman kristalleri, tekrar eden desenler sergileyen parçacık gruplarıdır. Elmas ve kuvars gibi normal kristalleri oluşturan desenlerin 3 boyutlu uzayda yankılandığı yerde, zaman kristalleri bir sarkaç gibi periyodik olarak hareket eder ve zaman içinde tik tak yapar.

Onları benzersiz kılan şey, bunu itici bir 'itme' olmadan ya da aksine yapabilme yetenekleridir. Zaman kristalleri en düşük enerji durumlarında kendi ritimleriyle salınırlar, tıpkı ebeveynlerinin tekrarlayan itmelerine karşı salıncakta sallanan bir çocuk gibi.

Ünlü fizikçi Frank Wilczek tarafından 2012 yılında ortaya atılan zaman kristalleri fikri, başlangıçta şüphecilerden nasibini aldı.

O zamandan bu yana, zaman kristali benzeri davranışlara sahip bir dizi sistem deneysel olarak gösterildi ve mühendislere dünyayı ölçmek ve şekillendirmek için kanıtlanmış yeni bir araç ve kuantum hesaplamadaki bir doğruluk sorununa potansiyel bir çözüm sağladı.

Tipik hesaplamanın 1'ler ve 0'larla temsil edilen ikili rakamlar kullanılarak oluşturulan mantıkla sınırlı olduğu durumlarda, kuantum hesaplamanın 'kübitleri' benzersiz hesaplama türlerine daha uygundur ve karmaşık algoritmaların tek bir adımda çözülmesine olanak tanır.

Bir kübit, dağıtıcı bir rengi kırmızı veya siyah olarak açıklamadan önce açık bir kart masasına benzemeyen bir olasılık bulanıklığıdır. Tıpkı bir kart sayıcısının olasılıkları kendi lehine kullanabilmesi gibi, kuantum hesaplama da hesaplamalar yapmak için bir kübitin dahili potansiyelini kullanır. Kaderlerini birbirine dolayarak kübitleri birleştirmek daha büyük bir deste oluşturur ve olasılıkları daha kullanışlı yollarla değiştirir.

Ne yazık ki, kübitler çevrelerindeki hemen her şeye dolanabilir, rastgele yeni kartlar karıştırabilir ve programı oyundan atabilir. Kübit destesini gerekli olan binlercesine genişletmek, istenmeyen gürültünün içeri sızma olasılığını önemli ölçüde artırır.

Zaman kristalleri daha önce kuantum hatalarını azaltmanın bir yolu olarak önerilmişti, ancak teorinin ötesine geçerek pratik bir uygulamaya geçmenin zor olduğu kanıtlandı.

'Topolojik' olarak tanımlanan bir tür zaman kristalinin diğerlerine göre bir avantajı vardır. İzole salınımlar, uzayda tekrar eden belirli bir parçacık bölgesi içinde zaman kristali özellikleri sergileyebilirken, topolojik bir zaman kristali, aynı kuantum dolanıklık olgusu sayesinde sarkaç salınımını daha genel bir sistemin toplu bir özelliği olarak gösterir.

Salınım faaliyetinin bu genelleştirilmiş yayılımı, yerel parazitlere daha az eğilimlidir ve sistem içindeki izole alanlar hizadan itilip kakılsa bile sarkacın salınımını mükemmel hareket halinde tutar.

Ekip, topolojik zaman kristali davranışı sergilemek için son derece kararlı bir süper iletken kuantum hesaplama biçimini başarıyla programlayarak, parazite daha da az eğilimli bir kuantum sistemi oluşturmanın mümkün olduğunu buldu.

Sistem, ortamdaki makul düzeyde simüle edilmiş gürültüyle başa çıkabildi ve nispeten kararlı kaldı. Deney ayrıca, zaman kristallerinin temsil ettiği denge dışı hareket alanını keşfetmek için benzer süper iletken devreleri kullanma potansiyelini de yansıttı.

Bir kavram kanıtı olarak, zaman kristallerinin tekinsiz tik takları teknolojinin geleceğinde önemli bir yere sahip olabilir.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.