Bilim insanları, ilk kez bir zaman kristalini kendi dışındaki bir sisteme bağladı ve bunun geleceğin kuantum bilgisayarlarına güç sağlayabilecek bir platforma dönüşebileceğini ortaya koydu. Finlandiya’nın Espoo kentindeki Aalto Üniversitesi’nde yürütülen ve ilk yazarlığını Akademi Araştırma Görevlisi Jere Mäkinen’in üstlendiği çalışmada ekip, zaman kristalini kuantum bilgisayarlar için son derece hassas sensörler veya bellek sistemleri geliştirmek amacıyla kullanılabilecek bir optomekanik sisteme dönüştürme sürecini anlattı. Araştırmacılar, OtaNano altyapısındaki Düşük Sıcaklık Laboratuvarı ile Aalto Bilim-IT hesaplama imkânlarından yararlandı.
KURAMSAL ARKA PLAN VE TARİHÇE
Zaman kristalleri, 2012 Nobel Fizik Ödüllü Frank Wilczek tarafından ortaya atıldı. Wilczek, uzayda değil zamanda düzen kuran, dış enerji girişi olmadan en düşük enerji durumunda bile periyodik hareketini sürdüren kuantum sistemlerini tasvir ederek bunlara ‘zaman kristali’ adını verdi. Teoride, böylesi bir kristalin bileşenleri enerji tüketmeden sürekli tekrarlayan bir döngü içinde hareket edebilir. 2021’de Stanford, Google Quantum AI, Max Planck Karmaşık Sistemler Fiziği Enstitüsü ve Oxford iş birliği, Google’ın Sycamore donanımında bir zaman kristalinin oluşturulmasını ayrıntılandırdı; ayrıca Delft Teknoloji Üniversitesi ekibi elmas içinde bir kristal gösterimi sundu. Bilim insanları, kuantum hesaplamanın özel yetenekleri sayesinde bu sistemlerin gerçek zaman kristali özelliklerini doğrulayabildi.
OPTOMEKANİK KÖPRÜ KURULDU
Mäkinen, kuantum aleminde, gözlem gibi dış enerji girdileri tarafından bozulmadığı sürece sürekli hareketin mümkün olduğunu; bu nedenle daha önce hiçbir zaman kristalinin dış bir sisteme bağlanmadığını vurguladı. Ekip, yalnızca bağlantıyı kurmakla kalmadı, bu yöntemle kristalin özelliklerinin ayarlanabileceğini de ilk kez gösterdi. Deney düzeneğinde radyo dalgaları kullanılarak magnonlar, neredeyse mutlak sıfıra kadar soğutulmuş Helyum-3 süperakışkanına pompalandı. Magnonlar, ayrı parçacıklarmış gibi davranan kuazi parçacık topluluklarını ifade ediyor.
UZUN ÖMÜRLÜ SALINIM
Pompayı kapattıklarında, magnonlar benzeri görülmemiş derecede uzun süre hareket halinde kalan bir zaman kristali oluşturdu; kristal, araştırmacıların artık gözleyemediği seviyeye düşmeden önce 108 döngüye—birkaç dakika—kadar sürdü. Ekip, solma süreci sırasında kristalin yakındaki bir mekanik osilatöre bağlandığını; bağlanmanın osilatörün frekansı ve genliği tarafından belirlendiğini açıkladı. Mäkinen, zaman kristalinin frekansındaki değişimlerin fizikte yaygın bilinen optomekanik olgularla tam bir benzerlik gösterdiğini, aynı olguların ABD’deki LIGO (Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi) tarafından yerçekimi dalgalarını saptamada kullanıldığını hatırlattı. Araştırmacılar, enerji kaybını azaltıp mekanik osilatörün frekansını artırarak kurulumun kuantum sınırına yaklaşacak şekilde optimize edilebileceğini de belirtti.
KUANTUM BİLGİSAYARLAR İÇİN ADAY
Zaman kristalleri, kuantum hesaplama ve algılama gücünü kayda değer biçimde artırma potansiyeli taşıyor. Mäkinen, zaman kristallerinin hâlihazırda kullanılan kuantum sistemlere kıyasla çok daha uzun süre dayanabildiğini; bu nedenle kuantum bilgisayarların bellek sistemlerini besleyerek performansı önemli ölçüde geliştirebileceğini ifade etti. Ayrıca zaman kristallerinin, çok yüksek hassasiyetli ölçüm cihazlarında bir frekans referansı olarak kullanılan frekans tarakları biçiminde de değerlendirilebileceğini ekledi.
