Fiziksel, 3 boyutlu dünyamız yalnızca iki tür parçacıktan oluşur: ışığı ve ünlü Higgs bozonunu içeren bozonlar; ve fermiyonlar – mevcut şirket dahil tüm “maddeleri” oluşturan protonlar, nötronlar ve elektronlar.
Ancak Bilim'ın George Vasmer Leverett Fizik Profesörü Ashvin Vishwanath gibi teorik fizikçiler kendilerini sadece bizim dünyamızla sınırlamaktan hoşlanmıyorlar. Örneğin 2 boyutlu bir ortamda her türlü yeni parçacık ve maddenin durumu mümkün hale gelecektir.
Vishwanath'ın ekibi, ilk kez, Abel olmayan topolojik düzen adı verilen maddenin yepyeni bir aşamasını oluşturmak için kuantum işlemci adı verilen güçlü bir makine kullandı. Daha önce yalnızca teoride tanınan ekip, Abelyen olmayan anyonlar adı verilen, ne bozon ne de fermiyon olan, ancak ikisinin arasında bir şey olan egzotik parçacıkların sentezini ve kontrolünü gösterdi. Sonuçları, kuantum bilgisayar şirketi Quantinuum'daki araştırmacılarla işbirliği içinde Nature'da yayınlanıyor. Vishwanath'ın ekibinde şu anda Caltech'te bulunan eski Bilim Kenneth C. Griffin Sanat ve Bilim Enstitüsü öğrencisi Nat Tantivasadakarn '22 ve doktora sonrası araştırmacı Ruben Verresen vardı.
Ashvin Vishwanath, Henrik Dreyer (Quantinuum'dan), Nat Tantivasadakarn ve Ruben Verresen.
Fizikçiler tarafından yarı parçacıklar olarak bilinen Abelyen olmayan anyonlar, yalnızca 2 boyutlu bir düzlemde matematiksel olarak mümkündür. “Yarı” niteleyicisi, onların tam olarak parçacık olmadıklarını, daha ziyade maddenin belirli bir aşamasında (okyanus dalgalarını düşünün) uzun ömürlü uyarımlar olduklarını ve özel hafıza taşıma yeteneklerine sahip olduklarını ifade eder.
Maddenin yeni bir evresini yaratmanın heyecan verici temel fizik olmasının yanı sıra, Abelyen olmayan anyonlar, kuantum hesaplama için potansiyel bir platform olarak geniş çapta kabul görüyor ve bu da araştırma başarısını daha da önemli hale getiriyor. Abelyen olmayan anyonlar, diğer kuantum hesaplama platformlarındaki dayanıksız ve hataya açık kuantum bitlerinden veya kübitlerden farklı olarak doğası gereği kararlıdır. Gizli toplarla bardakları karıştıran bir sihirbaz gibi, birbirlerinin etrafında hareket ederken geçmişlerini “hatırlayabilirler”. Bu özellik aynı zamanda onları topolojik yapan, yani temel kimliklerini kaybetmeden bükülüp bükülebilmelerini sağlayan şeydir.
Tüm bu nedenlerden ötürü, Abelian olmayanlar, eğer daha büyük ölçeklerde oluşturulabilir ve kontrol edilebilirlerse, bir gün ideal kübitler (bugünün klasik bilgisayarlarının çok ötesine geçen hesaplama gücü birimleri) yapabilirler.
Tantivasadakarn, “Kararlı kuantum hesaplamaya giden çok umut verici bir yol, maddenin bu tür egzotik hallerini etkili kuantum bitleri olarak kullanmak ve onlarla kuantum hesaplaması yapmaktır” dedi. “O zaman gürültüyle ilgili sorunları büyük ölçüde azalttınız.”
Araştırmacılar egzotik madde durumlarını gerçekleştirmek için inatçı bir yaratıcılık kullandılar. Quantinuum'un en yeni H2 işlemcisinin yeteneklerini maksimuma çıkaran ekip, 27 tuzaklanmış iyondan oluşan bir kafesle işe başladı. Kuantum sistemlerinin karmaşıklığını sırayla artırmak için kısmi, hedefe yönelik ölçümler kullandılar ve sonunda, peşinde oldukları parçacıkların tam özelliklerine ve karakteristiklerine sahip, tasarlanmış bir kuantum dalga fonksiyonu elde ettiler.
Vishwanath, “Ölçüm kuantum mekaniğinin en gizemli yönüdür ve Schrödinger'in kedisi gibi ünlü paradokslara ve çok sayıda felsefi tartışmaya yol açar” dedi. “Burada ölçümleri kuantum ilgi durumunu şekillendirmek için bir araç olarak kullandık.”
Bir teorisyen olarak Vishwanath, tek bir platforma veya teknolojiye bağlı kalmadan farklı fizik fikirleri ve uygulamaları arasında geçiş yapma becerisine değer veriyor. Ancak bu çalışma bağlamında, özellikle kuantum mekaniği alanı 100. yılına girerken, bir teoriyi sadece araştırmakla kalmayıp onu gerçekten ortaya koyabildiğine hayret ediyor.
Vishwanath, “En azından benim için her şeyin işe yaraması ve çok somut bir şeyler yapabilmemiz şaşırtıcıydı” dedi. “Temel kuantum mekaniğinden bu yeni tür parçacıklara ilişkin daha yeni fikirlere kadar, yıllar içinde fiziğin birçok farklı yönünü gerçekten birbirine bağlıyor.”
Ancak Bilim'ın George Vasmer Leverett Fizik Profesörü Ashvin Vishwanath gibi teorik fizikçiler kendilerini sadece bizim dünyamızla sınırlamaktan hoşlanmıyorlar. Örneğin 2 boyutlu bir ortamda her türlü yeni parçacık ve maddenin durumu mümkün hale gelecektir.
Vishwanath'ın ekibi, ilk kez, Abel olmayan topolojik düzen adı verilen maddenin yepyeni bir aşamasını oluşturmak için kuantum işlemci adı verilen güçlü bir makine kullandı. Daha önce yalnızca teoride tanınan ekip, Abelyen olmayan anyonlar adı verilen, ne bozon ne de fermiyon olan, ancak ikisinin arasında bir şey olan egzotik parçacıkların sentezini ve kontrolünü gösterdi. Sonuçları, kuantum bilgisayar şirketi Quantinuum'daki araştırmacılarla işbirliği içinde Nature'da yayınlanıyor. Vishwanath'ın ekibinde şu anda Caltech'te bulunan eski Bilim Kenneth C. Griffin Sanat ve Bilim Enstitüsü öğrencisi Nat Tantivasadakarn '22 ve doktora sonrası araştırmacı Ruben Verresen vardı.
Ashvin Vishwanath, Henrik Dreyer (Quantinuum'dan), Nat Tantivasadakarn ve Ruben Verresen.
Fizikçiler tarafından yarı parçacıklar olarak bilinen Abelyen olmayan anyonlar, yalnızca 2 boyutlu bir düzlemde matematiksel olarak mümkündür. “Yarı” niteleyicisi, onların tam olarak parçacık olmadıklarını, daha ziyade maddenin belirli bir aşamasında (okyanus dalgalarını düşünün) uzun ömürlü uyarımlar olduklarını ve özel hafıza taşıma yeteneklerine sahip olduklarını ifade eder.
Maddenin yeni bir evresini yaratmanın heyecan verici temel fizik olmasının yanı sıra, Abelyen olmayan anyonlar, kuantum hesaplama için potansiyel bir platform olarak geniş çapta kabul görüyor ve bu da araştırma başarısını daha da önemli hale getiriyor. Abelyen olmayan anyonlar, diğer kuantum hesaplama platformlarındaki dayanıksız ve hataya açık kuantum bitlerinden veya kübitlerden farklı olarak doğası gereği kararlıdır. Gizli toplarla bardakları karıştıran bir sihirbaz gibi, birbirlerinin etrafında hareket ederken geçmişlerini “hatırlayabilirler”. Bu özellik aynı zamanda onları topolojik yapan, yani temel kimliklerini kaybetmeden bükülüp bükülebilmelerini sağlayan şeydir.
Tüm bu nedenlerden ötürü, Abelian olmayanlar, eğer daha büyük ölçeklerde oluşturulabilir ve kontrol edilebilirlerse, bir gün ideal kübitler (bugünün klasik bilgisayarlarının çok ötesine geçen hesaplama gücü birimleri) yapabilirler.
Tantivasadakarn, “Kararlı kuantum hesaplamaya giden çok umut verici bir yol, maddenin bu tür egzotik hallerini etkili kuantum bitleri olarak kullanmak ve onlarla kuantum hesaplaması yapmaktır” dedi. “O zaman gürültüyle ilgili sorunları büyük ölçüde azalttınız.”
Araştırmacılar egzotik madde durumlarını gerçekleştirmek için inatçı bir yaratıcılık kullandılar. Quantinuum'un en yeni H2 işlemcisinin yeteneklerini maksimuma çıkaran ekip, 27 tuzaklanmış iyondan oluşan bir kafesle işe başladı. Kuantum sistemlerinin karmaşıklığını sırayla artırmak için kısmi, hedefe yönelik ölçümler kullandılar ve sonunda, peşinde oldukları parçacıkların tam özelliklerine ve karakteristiklerine sahip, tasarlanmış bir kuantum dalga fonksiyonu elde ettiler.
Vishwanath, “Ölçüm kuantum mekaniğinin en gizemli yönüdür ve Schrödinger'in kedisi gibi ünlü paradokslara ve çok sayıda felsefi tartışmaya yol açar” dedi. “Burada ölçümleri kuantum ilgi durumunu şekillendirmek için bir araç olarak kullandık.”
Bir teorisyen olarak Vishwanath, tek bir platforma veya teknolojiye bağlı kalmadan farklı fizik fikirleri ve uygulamaları arasında geçiş yapma becerisine değer veriyor. Ancak bu çalışma bağlamında, özellikle kuantum mekaniği alanı 100. yılına girerken, bir teoriyi sadece araştırmakla kalmayıp onu gerçekten ortaya koyabildiğine hayret ediyor.
Vishwanath, “En azından benim için her şeyin işe yaraması ve çok somut bir şeyler yapabilmemiz şaşırtıcıydı” dedi. “Temel kuantum mekaniğinden bu yeni tür parçacıklara ilişkin daha yeni fikirlere kadar, yıllar içinde fiziğin birçok farklı yönünü gerçekten birbirine bağlıyor.”