Kuantum simülatörüyle ilk parçacık oluşumu

Duke Kuantum Merkezi’nde yürütülen araştırmada, kuarkların birbirinden ayrılması sırasında biriken yüksek enerjinin yeni parçacıklara dönüşme süreci kuantum simülatörüyle modellendi. Maddenin temel yapı taşları olan kuarklar, proton ve nötronların içinde gergin bir iple birbirine bağlanmış gibi bulunuyor. 

Hapsedilmiş iyonlar kullanılarak gerçekleştirilen çalışma, bu bağın kopmasıyla ilişkili parçacık-antiparçacık oluşumunu incelemeyi sağladı. Nature Physics dergisinde yayımlanan sonuçlar, ip kopma dinamiklerine ilişkin ilk kuantum simülasyonları arasında yer alıyor. Böylece doğrudan gözlemlenemeyen kuark davranışları, Büyük Patlama’yı takip eden koşulların araştırılmasına da yardımcı olabilecek kontrollü bir laboratuvar ortamında incelenebiliyor.

DENEYSEL SİMÜLASYON SÜRECİ 

Araştırmacılar, atomlardan yaklaşık bir milyar kat küçük olan kuarkların etkileşimlerini taklit etmek için hassas biçimde yönlendirilen lazer ışınları kullandı. İyonlar arasındaki bağın gerilmesiyle oluşan enerji birikimi, denge dışı bir sistem üzerinden takip edildi. Ekip, Einstein’ın E = mc² denkleminin tanımladığı kütle-enerji ilişkisi doğrultusunda, simülasyonda ip koptuğunda ortaya çıkan yeni parçacık çiftlerini ve etkili yüklerin oluşumunu izledi.

Sonuçlar, klasik bilgisayar hesaplamalarıyla karşılaştırılarak test edilen ölçekte doğrulandı. Araştırma ekibinden Arinjoy De, kuark hapsi ve ip kopması olgularını kontrollü ortamda simüle ederek maddenin en temel düzeydeki davranışlarına ilişkin deneysel araştırmalar için yeni yollar açtıklarını belirtti.

ERKEN EVREN KOŞULLARI 

Bilim insanları, mevcut kuantum simülasyonlarını en büyük süper bilgisayarların bile hesaplayamayacağı karmaşık problemlere ölçeklemeyi hedefliyor. Amaç, Büyük Patlama’nın hemen sonrasındaki koşullar dahil olmak üzere maddenin nasıl evrildiğine ilişkin soruları yanıtlamak.

Maryland Üniversitesi, Oxford Üniversitesi, California Teknoloji Enstitüsü, Cornell Üniversitesi ve KU Leuven araştırmacılarının da katıldığı çalışma, atomik düzeydeki bir hesaplama makinesinde erken evren koşullarını incelemeyi mümkün kılıyor. Ekipten Zohreh Davoudi, denge dışı bir fizik modelinden elde edilecek küçük bir içgörünün bile gelecekteki araştırmalara yön verebileceğini vurguladı.

KUANTUM PLATFORMLARININ KIYASLANMASI 

Duke liderliğindeki araştırma, Google’ın süper iletken devrelerle ve QuEra Computing’in nötr atomlarla gerçekleştirdiği benzer çalışmalarla birlikte farklı kuantum donanımlarının yeteneklerini karşılaştırma imkanı sunuyor. Süper iletken devreler, nötr atomlar ve hapsedilmiş iyonlardan oluşan üç temel platformun bulguları, kuantum araştırmaları için önemli bir referans noktası oluşturuyor.

Çalışmayı yöneten Prof. Christopher Monroe, Büyük Patlama’ya bizzat tanıklık etmek dışında, madde oluşumu gibi karmaşık süreçleri incelemek için kuantum bilgisayar simülasyonlarının en iyi platformu sunduğunu ifade etti. Monroe’ya göre bulgular, ip kopma dinamiklerini anlamak için yeni araştırma yolları açıyor.