Kuantum kaosunun içinde düzenli hareket adacıkları bulundu

Kuantum çok-cisimli sistemlerde, etkileşen parçacıkların başlangıç durumlarına ilişkin bilgileri hızla kaybetmesi ve kaotik davranışlar sergilemesi bilinen bir özellik. Zhejiang Üniversitesi ve Leeds Üniversitesi araştırmacıları, bu genel davranışın içinde kararlı ve kendiliğinden tekrarlanan hareket kalıpları belirledi.

Nature Physics dergisinde yayımlanan çalışmada, 100’den fazla kübite sahip süper iletken bir kuantum işlemcisi kullanıldı. Deneyler, bu işlemci üzerinde seçilen 24 kübitlik bir sistemde gerçekleştirildi ve kaotik davranışların ortasında düzenli hareket adacıkları tespit edildi.

KAOSUN İÇİNDE DÜZEN 

Güneş Sistemi gibi klasik fizik kurallarına tabi yapılarda, gezegenlerin hareketleri periyodik görünürken sistemin genel dinamiği kaotik özellikler taşıyabiliyor. Ancak parçacıklar arasındaki dolanıklık (entanglement) nedeniyle kuantum çok-cisimli sistemlerde benzer bir yapının varlığı daha önce deneysel olarak gösterilememişti.

Araştırmanın kıdemli yazarı Prof. Zlatko Papić, bu sistemlerin normalde başlangıç yapılandırmalarını hızla unuttuğunu belirtti. Papić, geliştirdikleri yöntemle sistemin bu davranışa ne zaman ve nasıl direndiğini ortaya koyduklarını ifade etti.

GERİ BESLEMELİ ALGORİTMA 

Araştırmada süper iletken kuantum işlemcisi ile klasik bilgisayar, sürekli bir geri besleme döngüsü içinde birlikte çalıştırıldı. İşlemcide kısa süreliğine evrilen kuantum durumundan alınan basit ölçüm verileri klasik bilgisayara aktarıldı ve sonraki aşama için güncellemeler yapıldı.

Tensör ağları alanındaki matematiksel uzmanlıktan yararlanılarak geliştirilen yaklaşım, daha önce teorik olarak ortaya konulan ScarFinder algoritmasından esinlendi. Yöntem, hareket kalıplarının önceden tanımlanmasına ihtiyaç duymadan sistemdeki tekrarlayan düzenleri otonom biçimde tespit etti ve kararlı hale getirdi.

BİLİMSEL KEŞİF POTANSİYELİ 

Bulgular, sistemin başlangıç durumuna periyodik olarak dönmesi anlamına gelen ve daha önce gözlemlenen 'kuantum izleri' (quantum scars) olgusunun daha geniş ve zengin bir dinamik yapının parçası olduğunu gösteriyor. Yöntemin temel avantajı, mevcut gürültülü ve hassasiyetini uzun süre koruyamayan kuantum işlemcilerinde bile kısa süreli ölçümlerle çalışabilmesi.

Araştırma ekibi, bu işlemcilerin doğrudan bilimsel keşif araçları olarak kullanılabileceğini vurguluyor. Ekibe göre düzenli hareketlerin kontrol edilmesi, gelecekte kuantum bilgisayarlarında bilginin bozulmadan saklanma süresini uzatmaya yardımcı olacak.