Eksperimenti i ri me kristal të kohës mund të hapë horizonte të reja në llogaritjen kuantike

Në një eksperiment të ri, një ekip ndërkombëtar shkencëtarësh ka arritur të lidhë dy kristale kohore, të cilat mund të jenë të dobishme në llogaritjen kuantike.

Një kristal kohor, i propozuar për herë të parë nga fizikani Frank Wilczek në 2012, është një fazë e materies që përsëritet në kohë, e ngjashme me mënyrën se si struktura e një kristali të rregullt përsëritet në hapësirë. Çfarë do të thotë kjo është se grimcat në kristal kalojnë vazhdimisht midis dy gjendjeve pa kërkuar më shumë energji dhe pa humbur asnjë energji.

Këto kristale janë objektet e para që thyejnë atë që njihet si “simetria e përkthimit të kohës”, një rregull në fizikë që thotë se një objekt i qëndrueshëm do të mbetet i pandryshuar gjatë gjithë kohës. Kristalet e kohës shkelin këtë rregull, duke qenë të qëndrueshme dhe në ndryshim.

Kështu, për shembull, akulli kur është i qëndrueshëm do të mbetet akull dhe do të ndryshojë vetëm kur temperatura ose një faktor tjetër e bëjnë atë të paqëndrueshëm. Megjithatë, një kristal kohor ndryshon edhe kur është në gjendjen e tij bazë, duke vepruar ndryshe nga të gjitha fazat e tjera të materies.

Shkencëtarët nga Universiteti Lancaster, Royal Holloway London, Landau Institute dhe Aalto University në Helsinki publikuan punën e tyre në Nature Communications në fillim të këtij muaji.

“Të gjithë e dinë se makinat me lëvizje të vazhdueshme janë të pamundura,” tha Dr. Samuli Autti, autori kryesor i studimit nga Departamenti i Fizikës i Universitetit Lancaster, në një deklaratë për shtyp. “Megjithatë, në fizikën kuantike, lëvizja e përhershme është në rregull për sa kohë që ne mbajmë sytë na mbyllën. Duke kaluar fshehurazi nëpër këtë çarje, ne mund të bëjmë kristale të kohës.”

Për të krijuar sistemin kristal të kohës, studiuesit sollën një superfluid helium-3 (një gjendje e materies që vepron si një lëng, por rrjedh pa fërkim) në një të mijëtën e një shkalle mbi zero absolute (-273.15°C), sipas në një artikull në faqen e internetit të Universitetit Aalto.

Studiuesit më pas krijuan kristale dy herë brenda superfluidit. Ata ishin në gjendje të mbijetonin për disa minuta, që është një kohë shumë e gjatë për fenomenin kuantik. Brenda lëngut, kristalet formuan një sistem kuantik me dy nivele, në të cilin dy gjendje kuantike të pavarura ishin në gjendje të pushtonin të dyja gjendjet njëkohësisht.

“Kristalet e kohës që kemi krijuar janë të ndryshëm nga njëri-tjetri në kuptimin që njëri ndryshon frekuencën e tij në kohë, ndërsa tjetri jo,” shpjegoi studiuesi i Aalto Jere Mäkinen. “Gjatë eksperimentit, ne ishim në gjendje t’i bënim frekuencat e tyre të kryqëzohen. Kur frekuencat e tyre janë pothuajse të njëjta, ato ndërveprojnë dhe një pjesë e amplitudës së secilit lëviz në kristalin tjetër.

“Në eksperimentin tonë të dytë, kristali që mbeti i rregullt ishte “bosh” në fillim, d.m.th., amplituda e tij ishte zero,” tha Mäkinen. “Kur frekuenca e kristalit tjetër kaloi me atë të zbrazët, një pjesë e amplitudës u zhvendos tek ai pikërisht në mënyrën që parashikonte teoria që përshkruan sistemet kuantike me dy nivele.”

Këto sisteme kuantike me dy nivele mund të përdoren si një kubit, një kompjuter kuantik ekuivalent me bitin e përdorur në llogaritjen standarde. Ndërsa një bit ka një vlerë ose një ose zero, një kubit mund t’i ketë të dyja në të njëjtën kohë, duke çuar në llogaritje më të shpejtë.