EPFL’deki araştırmacılar, kuantum fiziğinin hassas doğasını aşmak için ses dalgalarına dayalı, gelecekte akustik temelli bir kuantum bilgisayarın önünü açabilecek bir sistem geliştirdi.
Kuantum fiziği, doğanın en küçük yapı taşlarını inceleyen bir alan olarak, hem zor hem de heyecan verici bir çalışma alanı olarak biliniyor. Özellikle atom altı seviyede gözlem yapmak, kuantum dünyasının hassas yapısı nedeniyle son derece zor. İsviçre’deki Lozan Federal Politeknik Enstitüsü’nden (EPFL) araştırmacılar, bu zorluğu aşmak için akustik dalgalara dayalı yeni bir sistem geliştirdi. Bu sistem, kuantum fiziğini daha iyi anlamamızı sağlayabileceği gibi, gelecekte bir akustik kuantum bilgisayarın temellerini de atabilir.
EPFL’de doktora öğrencisi olan Mathieu Padlewski, araştırmacılar Hervé Lissek ve Romain Fleury ile birlikte, ses dalgalarını kullanarak kuantum fenomenlerini modelleyebilen bir metamateryal tasarladı. Metamateryaller, doğada bulunmayan ancak özel mühendislik teknikleriyle üretilen yapılar olarak biliniyor. Padlewski’nin geliştirdiği sistem, akustik dalgalar aracılığıyla yoğun madde fiziğini inceleyebiliyor ve böylece kuantum mekaniksel süreçleri, hassas ölçümlerin bozucu etkilerinden kaçınarak araştırmaya olanak tanıyor. Bu çalışmanın sonuçları, Physical Review B dergisinde yayınlandı.
Kuantum fiziğinde ünlü bir düşünce deneyi olan Schrödinger’in kedisi, ölçüm yapılana kadar bir sistemin aynı anda birden fazla durumda olabileceğini anlatıyor. Bir kutunun içinde bulunan bir kedi, belirli bir kuantum sürecine bağlı olarak hem ölü hem de diri olabilir. Ancak kutuyu açıp kediyi gözlemlediğimizde, sistem tek bir duruma çöker ve kedi ya ölü ya da diri olarak bulunur.
Benzer bir durum, sıkışık dizilimli atomları (örn. kristal ve bazı metal yapılardaki atomlar) incelemek isteyen fizikçilerin karşılaştığı temel bir sorun. Kuantum sistemleri, doğaları gereği hassaslar ve onları ölçmeye çalışmak, sistemin kendisini değiştirmesine yol açıyor. Ancak EPFL’de geliştirilen yeni akustik sistem, bu sorunu aşarak kuantum fenomenlerini daha stabil bir ortamda modellemeye yardımcı oluyor.
Araştırmacılar, ses dalgalarının kuantum mekaniğini anlamak için mükemmel bir araç olduğunu belirtiyor. Ses dalgaları, tıpkı kuantum dalgaları gibi süperpozisyon halinde bulunabiliyor. Örneğin, bir insanın sesi, birçok farklı frekansın birleşimiyle oluşuyor. Bir müzik enstrümanının kendine özgü sesi de bu farklı frekans bileşimleri sayesinde ortaya çıkıyor.
Araştırmacılardan Padlewski, “Kuantum olasılık dalgaları sonuçta birer dalga, neden onları sesle modellemeyelim?” diyerek geliştirdikleri sistemin, elektronların kuantum durumlarını doğrudan bozmadan inceleyebileceğini belirtiyor.
Bu akustik materyal nasıl çalışıyor?
EPFL’de inşa edilen akustik metamateryal, “akustik atomlar” adı verilen küçük küplerden oluşan bir dizilim içeriyor. Bu küpler, birbirine bağlı ve içlerinden ses dalgalarının geçmesine izin veren açıklıklara sahip. Küplerin içine yerleştirilen hoparlörler, ses dalgalarını üretirken, mikrofonlar ise dalgaların nasıl yayıldığını ölçüyor. Bu sistem, kuantum sistemlerindeki dalga hareketlerini modelleyerek, kuantum mekaniğinin daha iyi anlaşılmasını sağlayabiliyor.
EPFL’den Hervé Lissek, bu yapının insan kulağının işitme organı olan kokleaya (salyangoz şeklindeki iç kulak yapısı) benzediğini belirtiyor. Koklea, farklı frekansları algılayan özel hücrelerden oluşur. Araştırmacılar, bu benzerlik sayesinde yeni sistemin işitme sorunlarını incelemek için de kullanılabileceğini düşünüyor.
Akustik kuantum bilgisayar mümkün mü?
Padlewski ve ekibi, bu sistemin gelecekte akustik tabanlı bir analog bilgisayar geliştirmek için kullanılabileceğini öne sürüyor. Arizona Üniversitesi’nden Pierre Deymier’in çalışmalarından ilham alan araştırmacılar, bir akustik kuantum analogu oluşturmayı hedefliyor. Böyle bir bilgisayar, klasik kuantum bilgisayarlardan farklı olarak, süperpozisyon halindeki durumları doğrudan gözlemleyebilme avantajına sahip olabilir.
Padlewski, “Akustik kuantum analog bilgisayar, kristal örgü yapısına benzeyen, düzenli bir dizilimden oluşacaktır. Akustik yaklaşım, büyük miktarda bilgiyi aynı anda işleyebilecek alternatif bir yol sunabilir,” diyerek bu yeni teknolojinin potansiyelini vurguluyor.
Sonuç olarak, EPFL’de geliştirilen bu akustik sistem, kuantum fiziğini anlamamızı kolaylaştırmakla kalmayıp, aynı zamanda gelecekte ses dalgalarıyla çalışan yeni nesil bilgisayarların önünü açabilir.
Kaynak: EPFL
