Fizikçiler İlk Kez Antimadde Qubit’i Yarattı: Kuantum Dünyası Daha da Garipleşiyor!
Varoluş fiziği konusundaki takipçilerimiz, CERN’den gelen maddenin kötücül ikizi antimaddeyle ilgili yakın zamanda gerçekleşen bir atılımı hatırlayabilirler. Fizikteki belirgin bir gizem, evrenimizin büyük bir kısmının antimadde değil de madde içermesidir; bu birçok teorik tahminle çelişir. Bu yüzden bilim insanları, bunun neden ve nasıl olduğuna açıklık getirmek istiyorlar.
CERN, antimadde araştırmalarında bir başka önemli adım daha açıkladı ve bu kez başarı, kuantum hesaplama alanına doğru kayıyor. 23 Temmuz’da yayımlanan bir Nature makalesinde, CERN’in Baryon Antibaryon Simetri Deneyi (BASE) işbirliği, ilk defa bir antimadde kuantum biti ya da kubitini—kuantum bilgisayarlar için en küçük bilgi birimi—sergilediklerini duyurdu.
Söz konusu kubit, protonun antimadde karşıtı olan bir antiprotondur ve meraklı bir kuantum salınımı içinde yakalanmıştır. “Yukarı” ve “aşağı” dönme durumları arasında mükemmel bir ritimle ileri geri salınır. Bu salınım 50 saniye sürdü. Araştırmacılara göre bu sonuca olanak tanıyan teknik beceri, antimaddeyi anlama konusunda önemli bir sıçrama anlamına geliyor.
Deneyde, ekip bir parçacığın manyetik momentini – ya da bir parçacığın manyetik alanlar içinde nasıl davrandığını – olağanüstü bir hassasiyetle ölçen bir teknik olan uyumlu kuantum geçiş spektroskopisi uyguladı. İlk olarak, CERN’in antimadde fabrikasından bazı antiprotonlar getirildi ve bir elektromanyetik Penning tuzağında hapsedildi—a magnetic superposition of magnetic fields. Daha sonra, manyetiğin içine ikinci bir çoklu tuzak kurularak, tek tek antiprotonlar çıkarıldı ve parçacığın spin durumunu ölçüp ayarlamak için kullanıldı.
Kuantum durumları kırılgan olup dış etkenlerle kolayca bozulabilir. Yanlış bir müdahale onları hemen sistemin değerli bilgilerini kaybettiği bir noktaya, decoherence’ya doğru sürükleyebilir. Bu, 2017 yılında protonlar ve antiprotonların neredeyse aynı manyetik momentlere sahip olduğunu doğrulamak için benzer bir düzenek kullanan BASE işbirliği için büyük bir endişe kaynağı idi.
Ekip, teknolojisinde önemli iyileştirmeler yaptı ve decoherence’yi bastırmak ve ortadan kaldırmak için gerekli mekanizmaları geliştirerek odaklandı. Bu çabalar meyvesini verdi; antiproton, 50 saniye boyunca stabil bir kuantum salınım performansı gösterdi. Bu salınım, kuantum bitlerin, teorik olarak üstel miktarda bilgi depolayabilmesini sağlayacak durumlardaki süperpozisyonları gibi bir harekete benzer. Ayrıca, fizikçilerin bu fenomeni bir serbest çekirdek manyetik momentinde ilk kez gözlemlemesi oldu ve önceki deneylerde yalnız büyük parçacık gruplarında gözlenmişti.
BASE sözcüsü Stefan Ulmer bir açıklamada şunları söyledi: “Bu, ilk antimadde kubitini temsil ediyor ve hassas deneylerde tek madde ve antimadde sistemlerine tüm uyumlu spektroskopi yöntemlerini uygulama olasılığını açıyor.”
Yine de ekip, bu yeni sonuçların en azından kısa vadede antimadde kubitlerini kuantum hesaplamaya taşımayacağını düşünüyor.
“[Antimadde kubiti] şu anda kuantum bilgisayarlar için kullanmak mantıklı değil çünkü antimaddenin üretimi ve depolanmasıyla ilgili mühendislik süreçleri normal maddeden çok daha zordur,” diye açıkladı Latacz. “Ancak, eğer gelecekte antimaddenin maddeden farklı davrandığını bulursak, bu ilginç hale gelebilir.”
Ekip, yakında gerçekleşmesini umdukları daha fazla iyileştirme yapmak istiyor, diye belirtti Latacz. BASE’e yapılan geliştirmeler—BASE-STEP olarak adlandırılanlar—antiprotonları daha yüksek hassasiyetle çalışabileceğimiz kapasitemizi önemli ölçüde artıracak ve “Antiprotonun manyetik momentini ölçme kapasitemizi en az 10 kat daha fazla geliştirmemize, ve uzun vadede bu ölçümü 100 kat daha da artırmamıza olanak tanıyacak” dedi.
Bu yeni atılım kuantum hesaplama, atom saatleri ve diğer alanlarda mühendislik ilerlemelerine katkıda bulunabilir. Ama araştırmacıların vurguladığı gibi, böyle teknolojik uygulamaların hemen gerçekleşmesini beklememeliyiz. Yine de, sonuç kendi başına temel fizik alanında bazı büyüleyici dersler sunuyor. Bu soruların yanıtlanması yıllar alabilir, ancak yakın zamanda CERN’den vurgulanan diğer bir keşiften fizikçi Sean Carroll’u alıntılarsak, “Bu, çok daha büyük bir bulmacanın küçük bir parçası—ama biliyorsunuz ki, her parça önemlidir.”
