Chicago Üniversitesi’nden bilim insanları, fotonları daha hiç görülmemiş şekilde etkileşime sokan bir kuantum flütü icat etti. Physical Review Letters ve Nature Physics dergilerinde yayınlanan bu çığır açıcı çalışma sayesinde kuantum hafızaya kaydetme ya da kuantum bilgisayarlarda hata düzeltmede yeni formlar üretilebileceği ve doğada daha önce görülmemiş kuantum fenomenlerin gözlenebileceği vurgulanıyor.
Yrd.Doç. Dr. David Schuster laboratuvarı kuantum bitler üzerinde çalışıyor. Atomik ve atom altı ölçekte, normal dijital bitlere oranla tuhaf özellikler görülebiliyor. Bu deneyde mikrodalga spektrumda foton adı verilen ışık parçacıklarıyla çalışılıyor.
Sistem mikrodalga frekansta fotonları hapsedebilmek için tek blok metal üzerinde uzun bir boşluk içeriyor. Metal bloğun üzerinde bir flütün üzerindeki benzeyen delikler var.
“Aynı bir müzik enstrümanına benziyor. Metal blok boyunca bir ya da birkaç dalga boyunda fotonlar gönderiliyor ve her dalga boyu bir nota yaratarak kuantum bilgi olarak kodlanabiliyor,” diyor Schuster. Araştırmacılar süperiletken elektrik devresiyle ana kuantum bitini kullanarak notalar arasındaki etkileşimi kontrol edebiliyor.
Fakat en garip keşif, fotonların kendi aralarındaki davranışlarında gözlendi. Doğada fotonlar oldukça zor etkileşime giriyor, genelde birbirinin içinden geçip gidiyorlar. Fakat bu yeni düzenekte iki fotonun birbirinin varlığına reaksiyon gösterdiği görüldü.
“İşte burada işler daha da tuhaflaşmaya başladı. Başta fotonlar birbiriyle etkileşmiyordu ama sistemin toplam enerjisi kritik eşiğe ulaştığında aniden hepsi birbiriyle iletişime geçmeye başladı,” diyor Schuster.
Fotonların birbiriyle konuşmaya başlaması, arka ayakları üzerinde yürüyen bir kedi görmeye benziyor.
Schuster, “Normalde, çoğu parçacık etkileşimi birebir olur, iki parçacık birbirinden seker veya çeker. Üçüncü birini eklerseniz, genellikle biri veya diğeri ile sırayla etkileşime girer. Ancak bu sistemde hepsi aynı anda etkileşime giriyor.”
Deneyde bir seferde sadece 5 nota aynı anda test edildi. Fakat bilim insanları yüzlerce ve hatta binlerce notanın tek bir kübitte kontrol edilebileceğini düşünüyor. Kuantum bilgisayarlar çok karmaşık olduğundan, mühendisler sistemi sadeleştirmek istiyor. Schuster: “Eğer 1000 bitlik bir kuantum bilgisayar yapmak isterseniz ve hepsini tek bir bit üzerinden kontrol edebilirseniz, bu inanılmaz derecede değerli olur.”
Ayrıca araştırmacılar fotonların bu davranışından da etkilendi. Doğada bugüne kadar buna benzer hiçbir etkileşim gözlenmediğinden, araştırmacılar bu keşfin Dünya’da bile görülmeyen bir fiziksel fenomeni simüle etmede yararlı olabileceğini düşünüyor. Kara delikler gibi fenomenler belki bu şekilde açıklanabilir.
“Normalde kuantum etkileşimler görülemeyecek kadar gözlenemeyecek küçük ölçeklerde ya da hızda gerçekleşiyor. Bizim sistemimizde herhangi bir notadaki her bir fotonu ölçebilir ve etkileşim etkisini izleyebiliriz. Gerçekten kuantum etkileşimi görmek oldukça basit,” diyor UChicago doktora sonrası araştırmacısı Srivatsan Chakram, makalenin ilk yazarı ve şimdi Rutgers Üniversitesi’nde yardımcı doçent olan Srivatsan Chakram.
