Google kuantum bilgisayarında yapılan diğer dünyaya ait 'zaman kristali' fiziği sonsuza dek değiştirebilir

Google kuantum bilgisayarında yapılan diğer dünyaya ait 'zaman kristali' fiziği sonsuza dek değiştirebilir

   Google ile ortaklaşa çalışan araştırmacılar, teknoloji devinin kuantum bilgisayarını , maddenin tamamen yeni  bir aşaması olan bir zaman kristali oluşturmak için kullanmış olabilir . 

   Hiç enerji kaybetmeden iki durum arasında sonsuza kadar döngü yapabilme yeteneğiyle, zaman kristalleri fiziğin en önemli yasalarından biri olan termodinamiğin ikinci yasası olan izole bir sistemin düzensizliğinin veya entropinin her zaman artması gerektiğini belirtir. Bu tuhaf zaman kristalleri, sabit bir akış durumunda var olmalarına rağmen, herhangi bir rastgelelik içinde çözülmeye direnerek kararlı kalırlar.

 

Google kuantum bilgisayarında yapılan diğer dünyaya ait 'zaman kristali' fiziği sonsuza dek değiştirebilir
Zaman kristali, Google'ın kuantum kriyostatlarının içinde serin tutulan Sycamore çipinde oluşturuldu.

 

 28 Temmuz'da önbaskı veritabanı arXiv'de yayınlanan bir araştırma makalesine göre , bilim adamları Google'ın Sycamore kuantum işlemcisinin çekirdeğindeki kübitleri (kuantum hesaplamanın geleneksel bilgisayar bitinin versiyonu) kullanarak yaklaşık 100 saniye boyunca zaman kristali oluşturabildiler. 

   Bu tuhaf yeni madde aşamasının varlığı ve ortaya çıkardığı tamamen yeni fiziksel davranışlar alanı, fizikçiler için inanılmaz derecede heyecan verici, özellikle de zaman kristallerinin var olduğu yalnızca dokuz yıl önce tahmin edildiğinden.

   Birleşik Krallık'taki Birmingham Üniversitesi'nden fizikçi Curt von Keyserlingk, "Bu büyük bir sürpriz oldu" dedi. "30, 20 hatta belki 10 yıl önce birine sorsanız, bunu beklemezlerdi."

   Zaman kristalleri fizikçiler için büyüleyici nesnelerdir, çünkü fizikteki en sert yasalardan biri olan termodinamiğin ikinci yasasını esasen es geçerler. Entropinin (bir sistemdeki düzensizlik miktarı için kabaca bir analog) her zaman arttığını belirtir. Bir şeyi daha düzenli yapmak istiyorsanız, ona daha fazla enerji harcamanız gerekir. 

   Bu düzensizlik eğilimi birçok şeyi açıklıyor, örneğin malzemeleri bir karışımda karıştırmanın onları tekrar ayırmaktan daha kolay olması veya kulaklık kablolarının pantolon ceplerinde neden bu kadar dolaşması gibi. Aynı zamanda, geçmiş evren her zaman şimdiki zamandan daha düzenli olduğu için zamanın okunu da belirler; Örneğin, bir videoyu tersten izlemek size garip gelebilir çünkü bu entropik akışın mantık dışı tersine dönüşüne tanık oluyorsunuz. 

Google kuantum bilgisayarında yapılan diğer dünyaya ait 'zaman kristali' fiziği sonsuza dek değiştirebilir
Termodinamiğin ikinci yasası, tüm sistemlerin, enerjinin sistem boyunca eşit olarak paylaşıldığı daha fazla düzensizlik durumuna doğru geliştiğini söyler.

 

Zaman kristalleri bu kurala uymaz. Yavaş yavaş termal dengeye yaklaşmak yerine - enerjileri veya sıcaklıkları çevrelerine eşit olarak dağılacak şekilde "termalize etmek" yerine, bu denge durumunun üzerindeki iki enerji durumu arasında sıkışıp kalırlar ve bunlar arasında süresiz olarak gidip gelirler. 

   Von Keyserlingk, bu davranışın ne kadar olağandışı olduğunu açıklamak için, milyonlarca kez sallanmadan önce bozuk paralarla dolu mühürlü bir kutu hayal ettiğini söyledi. Madeni paralar birbirlerinden sektikçe ve birbirlerinden sektikçe, "gittikçe daha kaotik hale geliyorlar, keşfedebilecekleri her türlü konfigürasyonu keşfediyorlar", sallanma durana kadar ve kutu madeni paraları rastgele ortaya çıkarmak için açılır. sikkelerin kabaca yarısı yukarı ve yarısı aşağı bakacak şekilde yapılandırma. Kutudaki madeni paraları ilk düzenleme şeklimize bakılmaksızın bu rastgele, yarı yukarı, yarı aşağı uç noktayı görmeyi bekleyebiliriz.

   Google'ın Sycamore'unun "kutusu" içinde, kuantum işlemcinin kübitlerini tıpkı madeni paralarımızda olduğu gibi görebiliriz. Madeni paraların tura ya da tura olabileceği gibi, kübitler de ya 1 ya da 0 - iki durumlu bir sistemdeki iki olası konum - ya da süperpozisyon adı verilen her iki durumun olasılıklarının tuhaf bir karışımı olabilir. Von Keyserlingk, zaman kristalleriyle ilgili garip olan şeyin, hiçbir miktarda sallamanın veya bir durumdan diğerine geçişin, zaman kristalinin kübitlerini en düşük enerji durumuna, yani rastgele bir konfigürasyona taşıyamaması olduğunu söylüyor; sadece başlangıç ​​durumundan ikinci durumuna çevirebilirler, sonra tekrar geri dönebilirler. 

   Von Keyserlingk, "Bu sadece bir tür parmak arası terlik" dedi. "Sonunda rastgele görünmüyor, sıkışıp kalıyor. Başlangıçta neye benzediğini hatırlıyor gibi ve zamanla bu kalıbı tekrarlıyor."

Bu anlamda, bir zaman kristali sallanmayı asla bırakmayan bir sarkaç gibidir.

Google kuantum bilgisayarında yapılan diğer dünyaya ait 'zaman kristali' fiziği sonsuza dek değiştirebilir

   Loughborough Üniversitesi'nde fizikçi olan Achilleas Lazarides, "Bir sarkacı evrenden tamamen fiziksel olarak izole etseniz bile, böylece sürtünme ve hava direnci olmaz, sonunda duracaktır. Ve bu, termodinamiğin ikinci yasası nedeniyledir." 2015 yılında yeni aşamanın teorik olasılığını ilk keşfeden bilim adamları arasında yer alan İngiltere, WordsSideKick.com'a anlattı. "Enerji sarkacın kütle merkezinde yoğunlaşmış olarak başlar, ancak tüm bu içsel serbestlik dereceleri vardır - tıpkı atomların çubuğun içinde titreşme biçimleri gibi - eninde sonunda aktarılacaktır."

   Aslında, büyük ölçekli bir nesnenin kulağa saçma gelmeden bir zaman kristali gibi davranmasının hiçbir yolu yoktur, çünkü zaman kristallerinin var olmasını sağlayan tek kural, çok küçük kuantum mekaniğinin dünyasını yöneten ürkütücü ve gerçeküstü kurallardır . 

   Kuantum dünyasında, nesneler aynı anda hem nokta parçacıklar hem de küçük dalgalar gibi davranırlar ve bu dalgaların büyüklüğü, uzayın herhangi bir bölgesindeki bu konumda bir parçacık bulma olasılığını temsil eder. Ancak rastgelelik (bir kristalin yapısındaki rastgele kusurlar veya kübitler arasındaki etkileşim kuvvetlerinde programlanmış bir rastgelelik gibi), bir parçacığın olasılık dalgasının çok küçük bir bölge dışında her yerde kendisini iptal etmesine neden olabilir. Yerinde köklenen, hareket edemeyen, durum değiştiremeyen veya çevresiyle termalleşemeyen parçacık lokalize olur.

   Araştırmacılar bu yerelleştirme sürecini deneylerinin temeli olarak kullandılar. Bilim adamları, kübitleri için 20 şerit süper iletken alüminyum kullanarak , her birini iki olası durumdan birine programladılar. Daha sonra, şeritlerin üzerine bir mikrodalga ışını püskürterek, kübitlerini durum değiştirmeye yönlendirebildiler; araştırmacılar deneyi on binlerce kez tekrarladılar ve kübitlerinin bulunduğu durumları kaydetmek için farklı noktalarda durdular. Buldukları şey, kübit koleksiyonlarının yalnızca iki konfigürasyon arasında gidip geldiği ve kübitlerin değişmediğiydi. mikrodalga ışınından ısıyı da emerek - bir zaman kristali yapmışlardı.

Google kuantum bilgisayarında yapılan diğer dünyaya ait 'zaman kristali' fiziği sonsuza dek değiştirebilir

   Ayrıca zaman kristallerinin maddenin bir evresi olduğuna dair önemli bir ipucu gördüler. Bir şeyin faz olarak kabul edilebilmesi için, genellikle dalgalanmalar karşısında çok kararlı olması gerekir. Etraflarındaki sıcaklıklar biraz değişirse katılar erimez ; hafif dalgalanmalar da sıvıların aniden buharlaşmasına veya donmasına neden olmaz. Aynı şekilde, kübitleri durumlar arasında çevirmek için kullanılan mikrodalga ışını, mükemmel bir dönüş için gereken tam 180 dereceye yakın ama biraz ondan biraz uzakta olacak şekilde ayarlansaydı, kübitler yine de diğer duruma çevrildi.

   Lazarides, "Tam olarak 180 derecede değilseniz, onları karıştıracaksınız" dedi. "Zaman kristali, küçük hatalar yapıyor olsanız bile sihirli bir şekilde her zaman biraz ipucu verecek."

   Bir fazdan diğerine geçmenin bir başka özelliği de fiziksel simetrilerin kırılmasıdır, yani fizik yasalarının bir nesne için zamanda veya uzayda herhangi bir noktada aynı olduğu fikri. Bir sıvı olarak, sudaki moleküller uzayın her noktasında ve her yönde aynı fiziksel yasaları takip eder, ancak suyu buza dönüşecek kadar soğutur ve molekülleri bir kristal yapı - veya kafes - boyunca düzenli noktalar seçer. kendilerini baştan sona düzenlerler. Aniden, su molekülleri uzaydaki noktaları işgal etmeyi tercih ettiler ve diğer noktaları boş bıraktılar - suyun uzamsal simetrisi kendiliğinden bozuldu.

   Buzun uzayda uzamsal simetriden koparak kristal haline gelmesi gibi, zaman kristalleri de zaman simetrisinden koparak zaman içinde kristalleşir. İlk başta, zaman kristali fazına dönüşmeden önce, kübit dizisi zamandaki tüm anlar arasında sürekli bir simetri yaşayacaktır. Ancak mikrodalga ışınının periyodik döngüsü, kübitlerin yaşadığı sabit koşulları ayrı paketlere böler (ışın tarafından uygulanan simetriyi ayrı bir zaman öteleme simetrisi haline getirir). Ardından, ışının dalga boyunun iki katı periyodda ileri ve geri çevirerek, kübitler lazer tarafından uygulanan ayrık zaman öteleme simetrisiyle kırılır. Bunu yapabildiğini bildiğimiz ilk nesneler onlar.

   Tüm bu tuhaflık, zaman kristallerini yeni fizik açısından zengin kılıyor ve Sycamore'un araştırmacılara diğer deneysel kurulumların ötesinde sağladığı kontrol, onu daha fazla araştırma için ideal bir platform haline getirebilir. Ancak bu, iyileştirilemeyeceği anlamına gelmez. Tüm kuantum sistemleri gibi, Google'ın kuantum bilgisayarının, kübitlerinin, sonunda kuantum lokalizasyon etkilerini bozan ve zaman kristalini yok eden decoherence adı verilen bir süreçten geçmesini önlemek için çevresinden mükemmel bir şekilde yalıtılması gerekir. Araştırmacılar işlemcilerini daha iyi izole etmenin ve uyumsuzluğun etkisini azaltmanın yolları üzerinde çalışıyorlar, ancak etkiyi tamamen ortadan kaldırmaları pek olası değil.

Google kuantum bilgisayarında yapılan diğer dünyaya ait 'zaman kristali' fiziği sonsuza dek değiştirebilir

   Buna rağmen, Google'ın deneyi, yakın gelecekte zaman kristallerini incelemenin en iyi yolu olmaya devam edecek gibi görünüyor. Çok sayıda başka proje, elmaslar, helyum-3 süperakışkanları, magnon denilen yarı parçacıklar ve Bose-Einstein kondensatları ile ikna edici bir şekilde zaman kristalleri gibi görünen şeyleri başka şekillerde yapmayı başarmış olsa da , çoğunlukla bu kurulumlarda üretilen kristaller çok hızlı dağılır. detaylı çalışma için.

   Von Keyserlingk kristallerin son derece hassas sensörler olarak kullanılabileceğini öne sürmesine rağmen, fizikçiler şu anda kristaller için net uygulamalar bulmakta zorlandıklarından, kristallerin teorik yeniliği bazı yönlerden iki ucu keskin bir kılıçtır. Diğer öneriler arasında, daha iyi bellek depolaması için kristallerin kullanılması veya daha da hızlı işlem gücüne sahip kuantum bilgisayarların geliştirilmesi yer alıyor.

   Ancak başka bir anlamda, zaman kristallerinin en büyük uygulaması zaten burada olabilir: Bilim adamlarının kuantum mekaniğinin sınırlarını araştırmasına izin veriyorlar.

   Lazarides, "Yalnızca doğada ortaya çıkanları incelemenize değil, aynı zamanda onu tasarlamanıza ve kuantum mekaniğinin yapmanıza izin verdiği ve yapmanıza izin vermediğine bakmanıza izin verir." Dedi. "Doğada bir şey bulamıyorsanız, bu onun var olamayacağı anlamına gelmez - o şeylerden birini yarattık."

 

Önceki KonuMayalar tarafından inşa edilen dev piramit, bir yanardağın püskürttüğü kayalardan yapılmıştır.
Sonraki KonuUrartu Uygarlığı
Bu yazıya henüz yorum yapılmamış, ilk yorum yapan siz olun...
Yorum Yapın
E-posta hesabınız yayınlanmıyacaktır.
Web site zorunlu değildir.