Fizikçiler, ilk kez bir kuantum işlemciyi fizik kurallarına meydan okuyan bir madde haline dönüştürdü. Bu önemli buluş, kuantum bilgisayarların daha kullanışlı hale gelmesi yönünde bir adım olabilir.
Kuantum bilgisayarlar, algoritmaların hızlı ve pratik bir şekilde çalıştırılmasını sağlayarak, parçacık fiziğinden eczacılığa, meteorolojiden çeşitli araştırma alanlarına kadar birçok alanda araştırmaları hızlandırma potansiyeline sahiptir. Teknolojinin temelleri geliştirilmiş olsa da, ölçek büyüdükçe hatalar büyük bir engel teşkil ediyor.
Çin ve ABD’den bir fizikçi ekibi, kuantum bilgisayarı zaman kristali gibi davranmaya zorlayarak, teknolojiyi büyütürken hataları azaltmayı amaçlıyor. Zaman kristalleri, belirli aralıklarla tekrarlayan düzenler gösteren parçacık gruplarıdır. Normal kristallerin (elmas ve kuvars gibi) 3D uzayda tekrarlayan desenlerinin aksine, zaman kristalleri bir sarkaç gibi periyodik olarak zaman içinde hareket eder.
Bu kristalleri benzersiz kılan, bir ‘itme’ olmadan veya ona karşıt olarak kendi ritimlerinde salınabilmeleridir. Zaman kristalleri, en düşük enerji hallerinde kendi ritimlerine göre titreşir, tıpkı bir çocuğun salıncakta ebeveyninin itişlerine karşılık vermesi gibi.
2012 yılında ünlü fizikçi Frank Wilczek tarafından önerilen zaman kristali fikri, başlangıçta birçok şüpheciyle karşılaştı. O zamandan beri, zaman kristali benzeri davranışlar sergileyen birçok sistem deneysel olarak gösterildi ve mühendislerin dünyayı ölçme ve şekillendirme yeteneklerini kanıtladı. Ayrıca, kuantum bilgisayarlarındaki doğruluk sorunlarına potansiyel bir çözüm sundu.
Tipik hesaplama, 1 ve 0 ile temsil edilen ikili rakamlar kullanılarak yapılırken, kuantum bilgisayarlar, ‘qubit’ler sayesinde daha karmaşık algoritmaların tek bir adımda çözülmesine olanak tanır. Bir qubit, belirli bir olasılık karışımıdır ve tıpkı kartların dağıtılmadan önceki belirsiz hali gibi düşünülebilir. Kart sayıcılarının olasılıkları lehlerine kullanabilmesi gibi, kuantum bilgisayarlar da qubit’in potansiyelini hesaplamalar yapmak için kullanır. Qubit’leri birbirine bağlayarak (dolayarak) daha büyük bir hesaplama gücü elde edilir.
Ancak, qubit’ler çevrelerindeki hemen her şeyle etkileşime girerek programın işleyişini bozabilir. Gerekli olan binlerce qubit’in bir araya getirilmesi, istenmeyen gürültünün olasılığını dramatik bir şekilde artırır.
Zaman kristalleri, kuantum hatalarını azaltmanın bir yolu olarak önerilmiştir, ancak teoriden uygulamaya geçiş zor olmuştur. ‘Topolojik’ olarak tanımlanan bir tür zaman kristali diğerlerine göre avantajlıdır. İzole salınımlar belirli bir parçacık bölgesinde zaman kristali özellikleri gösterebilirken, topolojik zaman kristali, kuantum dolaşıklık sayesinde daha genel bir sistemin özelliği olarak sarkaç hareketini sergiler.
Bu salınım faaliyetinin genel yayılımı, yerel müdahalelere daha az duyarlıdır ve sistemin izole bölgeleri hizadan çıksa bile sarkaç hareketini mükemmel bir şekilde sürdürür.
Ekip, süper iletken kuantum bilgisayarlarını topolojik zaman kristali davranışı gösterecek şekilde programlayarak, girişimlere daha az duyarlı bir kuantum sistemi oluşturmanın mümkün olduğunu buldu. Sistem, çevredeki simüle edilmiş gürültü seviyesini yönetebilir durumda kaldı ve oldukça kararlıydı. Deney ayrıca, benzer süper iletken devrelerin, zaman kristalleri tarafından temsil edilen dengesiz hareket alanını keşfetme potansiyelini de yansıttı.
Bu kavram kanıtı olarak, zaman kristallerinin olağanüstü tik takları, teknolojinin geleceğinde önemli bir yer tutabilir.
Bu araştırma Nature Communications dergisinde yayımlandı.