İlk kez, fizikçiler, bir kuantum sisteminde birinci derece faz geçişinin meydana geldiğini deneysel olarak gözlemledi.

Faz dönüşümleri bizim günlük yaşamda sıklıkla karşılaştığımız buzun eriyerek suya dönüşmesi ya da çaydanlıktaki suyun buharlaşması gibi gözlemlemesi kolay şekilde gerçekleşebildiği gibi aynı zamanda bilim insanlarının ilgi alanına giren kuantum seviyesinde de meydana gelmektedir.  Ancak şuana kadar hiç kimse kuantum seviyesindeki bir faz dönüşümünü görememişti.

Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsünden araştırma ekibi, bir kuantum sisteminin opaktan şeffafa ve tekrar şeffaftan opaka döndüğünü; bununla birlikte yalnızca iki yıl önce ilk kez tahmin edilen foton blok yıkımı gözlemledi.

Opak ve şeffaf arasındaki bu rastgele geçişi ilk kez teorik tahminlerle uyumlu olarak gözlemledik

Johannes Fink

Sorumlu Araştırmacı

Bu tip kuantum faz geçişinin gerçekleştiği görüldüğüne göre, bilim insanları nihayet onları daha ayrıntılı olarak inceleyebilecek ve gelecekte kuantum sistemleri üzerinde daha iyi kontrol sahibi olabilecekler.

Foton Blok Yıkımı (Photon-Blockade Breakdown) Nedir ?

Faz geçişleri bir parametrenin değiştirilmesi ile kontrol edilir – buzun erimesinde bu parametre sıcaklıktır. Bir sistem 0C’nin üzerine çıktığında buz erir. Foton Blok Yıkımı geçişi biraz farklıdır – sıcaklık rol oynamaz, ancak sisteme pompalanan güç miktarı rol oynar. Yapılan çalışmada, araştırmacılar, dolanık kubitleri olan bir mikroçip aldılar ve içine mikrodalga pompaladılar.

Dolanık Kubit

Kuantum faz geçişinin başlangıç aşamasında (kuantum sistemi hala ‘buz’ olduğunda), bu mikrodalgalara ait ışık parçacıklarından biri – bir foton olarak bilinir – sistemdeki bir boşluğu doldurur böylelikle o boşluktan başka hiçbir foton geçemez. Bu da sistemi opak yapar. Boşlukların doldurulmasıyla bir foton blok oluşur.

Ancak, güç girişi arttıkça, bu fotonlar oluşan blokun arkasında birikir ve foton akısı sonunda kritik bir seviyeye yükseldiğinde blok yıkılır, kuantum sistemi de opaktan şeffafa geçer. Bu an kuantum sistem için faz dönüşümün olduğu yani ‘eridiği’ andır.

Bu tür faz geçişi, iki kararlı fazın bir arada bulunması ile karakterize olduğu için, ‘birinci dereceden’ bir faz geçişi olarak bilinir. (Bir boşluğun opak ya da şeffaf olma olasılığı yarı yarıyadır. Yani sistemde aynı anda hem opaklık hem de şeffaflık olabilir.) Buzun erimesi de birinci derecede faz geçişidir, çünkü iki faz aynı anda sıfır derecelik bir noktada buzlu su olarak; tamamen buza ya da suya dönüşmeden bir arada bulunabilir.

Daha Güçlü Hafızalar

Daha önce bir kuantum sisteminde hiçbir birinci dereceden faz geçişi gözlemlenmemişti. Sadece teorik kalan çalışmalar ise yapılan öngörülerin kanıtlanması için yeterli değildi. Ancak bu bulgular, kuantum faz dönüşümünün, kuantum mekanik temelinin incelenebilmesi için büyük önem taşıyor.

Bu kavramsal kanıt, fizikçilere genel olarak kuantum faz geçişleri hakkında daha fazla bilgi verirken, foton blok yıkımı, gelecekteki bellek depolama aygıtlarında önemli bir rol oynayabilir. Aynı zamanda, sistem gelecekteki kuantum simülasyonu için işlemcilerin kurulumuna da yardımcı olabilir.

Deneyimiz, herhangi bir girdi gücü için tam olarak 1,6 milisaniye sürdü. İlgili sayısal simülasyon, ulusal bir süper bilgisayar kümesinde birkaç gün sürdü.  Böyle bir sonuç bu sistemlerin neden kuantum simülasyonları için yararlı olabileceğine dair bir fikir veriyor.

Bu çalışma Physical Review X ‘te yayınlandı.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu girin
Lütfen adınızı buraya girin