Kuantum Dünyasında Devrim: Bilim İnsanları Hataları Zamanda Geriye Giderek Düzelten Qubit Yaptı
Klasik Evrende zamanın oku tek yönde uçar; fakat klasik fiziğin çöktüğü kuantum aleminde zamanın yönü bile bu ayarlamaya uygun olabilir mi?
Kuantum evriminin yönünü değiştirme yeteneği, bilgiyi işlemek için yeni yollar sunabilir; özellikle de kuantum bilişimi açısından sonuçlar doğurabilir.
Ve ulaşılabilir olabilir.
Koreli fizikçiler, süreçleri zamanda geriye doğru işlenebilen bir kübit gösterdiler… ve işin ilginç yanı, onu bulmak için zamanda geriye gitmek zorunda olmalarıydı.
Yeni bir ön baskıda, Kore Üniversitesi’nden fizikçi Tai Hyun Yoon, kuantum vakum tohumlu tek fotonlu zaman kübiti olarak adlandırdığı şeyi açıklayan bir teori geliştirdi ve kendisinin ve meslektaşlarının 2018’de tamamen farklı bir amaç için yürüttükleri bir deneyin, istemeden de olsa, bunun zaten eylem halinde olduğunu gösterdiğini gösterdi.
Zaman kübiti kavramı nispeten yeni bir kavramdır ve Tel Aviv Üniversitesi’nden fizikçi Yakov Bloch tarafından kaleme alınan ve Kasım 2025’te arXiv’e yüklenen bir ön baskıda ortaya çıkmıştır.
Aslında zamanda geriye yolculuk yapabilen bir kübit değil; daha ziyade, Bloch’un açıkladığı gibi, aynı anda iki zıt zamansal yönde evrimleşebilen bir kuantum sistemidir.
İbreleri aynı anda hem saat yönünde hem de saat yönünün tersine çalışabilen bir saat hayal edin. Fikir kabaca bu; ancak kübit, zamanı geri döndürmek yerine fizikçilerin kuantum sürecinin ortaya çıktığı yönü değiştirmesine olanak tanıyor.
Bunun, bir kuantum parçacığının yolunu, iki yol boyunca karşılıklı manyetik alanlar olacak şekilde ikiye bölerek ve ardından bunları tekrar bir araya getirerek deneysel olarak test edilebileceğini öne sürdü. Yeniden bir araya gelmelerinin girişim modeli, iki karşıt evrimin nasıl bağlantılı olduğunu ortaya çıkarabilir.
Bu yazının yazıldığı an itibarıyla bu fikir teorik alanda sağlam bir şekilde varlığını sürdürüyor; ama ikiye bölünmüş bir kuantum parçacığı gibi, Yoon bu fikri aldı ve onunla birlikte başka bir yöne doğru koştu.
Yoon, dönen bir parçacığın evrimini tersine çevirmek için manyetik alanları kullanmak yerine ışığa yöneldi. Yaklaşımı, dolaşmış foton çiftleri üreten iki kristal kaynağı kullanıyor; her çiftten bir foton, tek fotonlu kübiti taşır. Tekniğe dolaşık doğrusal olmayan bifoton kaynağı (ENBS) interferometri adı verilir.
Belirli bir kuantum etkileşiminin yönü daha sonra fotonları üretmek için kullanılan ışığın fazının ayarlanmasıyla kontrol edilir.
Fazın yarım döngü kadar ayarlanması kuantum etkileşimini tersine çevirir; zamanın kendisi geriye doğru aktığı için değil, etkileşimi yöneten matematiksel süreç ters yönde işlediği için.
Kuantum mekaniğinde bir sistemin zaman içindeki evrimi, Hamiltoniyen adı verilen matematiksel bir tanımla yönetilir. Sistemin kuantum durumunun bir andan diğerine nasıl değişeceğini belirler.
(Mariela Grobelska/Unsplash)
Hamiltonyen’in işaretini tersine çevirirseniz sistem, sanki zamanın kendisi geriye doğru gidiyormuş gibi gelişir ve aksi halde maruz kalacağı değişiklikleri takip eder.
Yoon’un yöntemi tüm Hamiltonyen’i tersine çevirmiyor ancak kontrol ettiği etkileşimi yöneten kısmı tersine çeviriyor. Bu ona kuantum evriminin iki karşıt yönünü verir; ibreleri her iki yöne de dönebilen bir kuantum saatinin eşdeğeri.
Ancak iki karşıt yön kendi başına bir zaman kübiti değildir. Bu, ekstra bir şey gerektirir; her iki yönün de aynı anda mevcut olduğu süperpozisyon.
Paylaşılan lazer ışığının önem kazandığı yer burasıdır. Normalde bir foton çifti üretmek, onu hangi kristalin ürettiğini ortaya çıkarabilecek bilgiyi geride bırakır. Bu bilgi, iki olası yolu birbirinden ayırıyor ve bunların bir kübit için gereken tutarlı üst üste binmeyi üretmesini engelliyor.
Ancak her iki kristale de aynı tutarlı lazer kaynağından gelen ışık sağlanarak, ayırt edici bilgiler bastırılabilir ve iki karşıt kuantum evriminin müdahale etmesine olanak sağlanır.
Sonuç, yalnızca iki farklı yolu değil aynı zamanda kuantum evriminin iki karşıt yönünü de kodlayan tek fotonlu bir kübittir.
Yoon’un bu yaklaşımın mümkün olduğunu göstermek için tamamen yeni bir deney tasarlamasına ve inşa etmesine gerek yoktu. Bunun yerine kendisinin ve meslektaşlarının 2018’deki deneylerden biri de dahil olmak üzere zaten yürüttüğü deneylerden elde edilen ölçümlere yöneldi.
Bu deneyler, yeni teorik çerçevesinin gerektirdiği faza bağlı davranışı ve müdahaleyi göstermişti. Yoon, kendisinin ve meslektaşlarının topladığı verileri yeniden inceleyerek, cihazın tek fotonlu bir zaman kübitinin bir uygulaması olarak anlaşılabileceğini gösterdi.
Yeni bir teoriyi araştırmak için eski deneylerden elde edilen verileri kullandığı için mükemmel bir kanıt değil. Bununla birlikte, kavramın bir kanıtı olarak, zaman kübitlerine yönelik özel bir araştırmada bunu takip ederek kazanılacak çok şey olabileceğini öne sürüyor.
Kuantum durumları üzerinde daha sıkı kontrol sağlayan daha özel bir deney, teorinin öngördüğü tüm operasyonları test edebilir.
Veya, Yoon’un belirttiği gibi, “Ayrık ENBS zaman kubitinin, kontrollü zaman-frekans yer değiştirmeleri aracılığıyla, kronosiklik faz uzayındaki donanıma özgü Gottesman-Kitaev-Preskill (TF-GKP) bozonik ızgara durumlarına bağlanması, hataya dayanıklı zamansal kuantum hata düzeltmesine, yüksek boyutlu kudit işlemeye ve göreceli kuantum detektör dinamiklerinin masa üstü simülasyonlarına doğru sağlam bir yol oluşturur.”
Kaynak: https://www.sciencealert.com