Fizikçiler, süper iletken bir kuantum bilgisayarı kullanarak, zaman içinde tekrarlanan bir yapıya sahip olan tuhaf bir kuantum materyalinin büyük ve karmaşık bir versiyonunu yarattılar.
Yeni zaman kristalini yapmak için kullanılan makineye benzeyen IBM Quantum System Two
Bir kuantum bilgisayarında daha önce yapılanlardan çok daha karmaşık bir zaman kristali oluşturuldu. Bu olağandışı kuantum düzeninin özelliklerinin araştırılması, kuantum bilgisayarların bilimsel keşifler için çok uygun makineler olduğu iddiasını güçlendiriyor.
Tipik kristaller, uzayda belirli bir tekrarlanan düzende düzenlenmiş atomlara sahiptir, ancak zaman kristalleri, bunun yerine, zamanda tekrarlanan bir düzen ile tanımlanır. Bir zaman kristali aynı konfigürasyon seti boyunca tekrar tekrar döngü yapar ve çevresinden gelen zararlı etkilerin engellenmesi durumunda süresiz olarak döngüye devam etmelidir.
Bu belirsiz hareket başlangıçta zaman kristallerinin fiziğin temel yasalarına yönelik bir tehdit gibi görünmesine neden oldu, ancak son on yıl boyunca araştırmacılar laboratuvarda bunlardan birkaçını yaptılar. Şimdi, İspanya’daki Donostia Uluslararası Fizik Merkezi’nden Nicolás Lorente ve meslektaşları, benzeri görülmemiş derecede karmaşık bir zaman kristali oluşturmak için IBM süper iletken kuantum bilgisayarını kullandılar.
Geçmişteki çalışmaların çoğu, düzenli bir atom dizisiyle karşılaştırılabilecek tek boyutlu zaman kristallerine odaklanmışken, araştırmacılar iki boyutlu bir versiyon oluşturmaya koyuldular. Bu amaçla, kabaca bir bal peteğine benzer şekilde birbirine kenetlenen bir düzende düzenlenmiş 144 süper iletken kubit kullandılar. Her kübit, mıknatıslar gibi kuantum malzemelerinin önemli bir bileşeni olan kuantum mekaniksel dönüşe sahip bir parçacık rolünü oynadı ve ekip, yakındaki kübitlerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini kontrol edebildi.
Bu etkileşimlerin zaman içinde değişmesi, zaman kristalinin ortaya çıkmasına neden oldu; ancak araştırmacılar, etkileşimleri belirli bir güç modeline sahip olacak şekilde de programlayabilirler.
Bu yeni karmaşıklık düzeyine ulaşabilmek, ekibin yalnızca şimdiye kadar kuantum bilgisayarla üretilenlerden daha karmaşık bir zaman kristali yaratmasına değil, aynı zamanda sistemin alabileceği tüm olası durumları gösteren bir harita olan “faz diyagramını” elde etmek için tüm kübit sisteminin özelliklerini haritalandırmaya başlamasına da olanak sağladı. Faz diyagramını tamamlamak, bir malzemenin özelliklerini anlamak için önemli bir adımdır; örneğin suyun faz diyagramı, belirli bir sıcaklık ve basınçta suyun sıvı, katı veya gaz olup olmadığını ortaya çıkarır.
Araştırmada yer almayan IBM’den Jamie Garcia, bu deneyin, zaman kristalleri kadar tuhaf olanlar da dahil olmak üzere bir kuantum sisteminin sahip olabileceği tüm olası özelliklerin daha kapsamlı bir resmine dayalı olarak yeni malzemeler tasarlamaya yardımcı olan kuantum bilgisayarlarına yol açabilecek birçok adımın ilki olabileceğini söylüyor.
Araştırmacıların zaman kristalini yapmak ve faz diyagramını oluşturmaya başlamak için bir plan olarak kullandıkları denklemler, geleneksel bilgisayarların tahminler yapmak zorunda kalmadan simülasyonlar için bunları kullanamayacak kadar zaten yeterince karmaşıktı. Aynı zamanda, mevcut tüm kuantum bilgisayarlar hatalardan muzdariptir, bu nedenle araştırmacılar, kuantum bilgisayarın çalışmasının faz diyagramı gibi nerede güvenilmez hale gelebileceğini tahmin etmek için bu geleneksel yöntemleri kullanmak zorunda kaldılar. Garcia, yaklaşık geleneksel yöntemler ile kesin ancak hataya açık kuantum yaklaşımları arasındaki bu ileri geri gidişin, ileriye yönelik malzemelere yönelik birçok karmaşık kuantum modeline ilişkin anlayışımızı keskinleştirebileceğini söylüyor.
Çin Bilimler Akademisi Üniversitesi’nden Biao Huang, “İki boyutlu sistemlerin sayısal olarak simüle edilmesi pratikte çok zordur, bu nedenle 100’den fazla kubit içeren büyük ölçekli kuantum simülasyonu gelecekteki araştırmalar için bir dayanak noktası sağlamalıdır” diyor. Yeni çalışmanın, kuantum maddesine ilişkin birçok çalışma alanı için heyecan verici deneysel ilerlemeyi temsil ettiğini söylüyor. Huang, özellikle, kuantum bilgisayarlarda simüle edilebilen zaman kristallerinin, bazı kuantum sensör türlerinde oluşturulabilen benzer durumlara bağlanmasına yardımcı olabileceğini söylüyor.
