تولید بُعد اضافی زمان با کمک لیزر فیبوناچی

فیزیکدانان با برخورد دادن پالس‌های لیزر فیبوناچی به اتم‌های درون یک کامپیوتر کوانتومی، توانسته‌اند فاز جدید و عجیبی از ماده را ببینند. رفتار این فاز جدید به نحوی است که تصور می‌شود دو بعد زمانی متفاوت برای آن وجود دارد.

تولید فاز جدید ماده به دانشمندان اجازه داده است اطلاعات را به نحوی که از خطا مصون‌تر از همیشه باشند ذخیره‌سازی کنند. این کار به کامپیوترهای کوانتومی کمک می‌کند تا بر اساس داده‌هایی کار کنند که برای مدتی طولانی، دچار در‌هم ریختگی نمی‌شوند. نتایج این تحقیقات پیشرفته در مجله‌ی Nature منتشر شده است.

فاز اضافی زمانی راهی کاملاً متفاوت برای تصور فاز جدید مواد است. دانشمندان سال‌ها در مورد این تئوری ایده‌پردازی کرده بودند تا اینکه بالاخره آن‌را در یک آزمایش حیرت‌انگیر و به‌صورت ناخواسته مشاهده کردند.

کشف فاز جدید ماده و یا به عبارت دیگر تولید بُعد اضافی زمان هدف آزمایش انجام شده نبوده است؛ بلکه دانشمندان با انجام این آزمایش در نظر داشتند روشی پیدا کنند که داده‌های کوانتومی را بهتر ذخیره کنند. در ادامه‌ی آزمایش، دانشمندان علاقمند شدند فاز جدیدی از ماده که متفاوت از جامد، مایع، گاز و پلاسما باشد را مشاهده کنند.

کامپیوترهای معمولی از بیت‌ها یا همان اعداد صفر و یک برای پایه‌ی همه‌ی محاسبات خود استفاده می‌کنند. کامپیوترهای کوانتومی طوری طراحی شده‌اند که از کیوبیت‌ها استفاده کنند که همین کیوبیت‌ها نیز می‌توانند به صورت صفر یا یک وجود داشته باشند. تا اینجا شاید شباهتی بین کامپیوترهای معمولی و کوانتومی وجود داشته باشد، ولی پس از این دیگر هیچ شباهتی بین آن‌ها وجود ندارد. بر اساس قانون کوانتوم، کیوبیت‌ها می‌توانند هر دو عدد صفر یا یک را در یک لحظه داشته باشند و فقط زمانی که اندازه‌گیری می‌شوند یکی از اعداد نمایش داده می‌شود وگرنه در بقیه‌ی مواقع ترکیبی از دو عدد در هر کیوبیت وجود دارد. این رفتار عجیب اساس محاسبات کوانتومی است.

چالشی که کامپیوترهای کوانتومی با آن روبه‌رو هستند، این است که نمی‌توان کیوبیت‌ها را ایزوله کرد که تنها با یکدیگر برهمکنش داشته باشند؛ بلکه با محیط اطراف کامپیوتر کوانتومی نیز برهمکنش خواهند داشت. این ارتباط با محیط بیرونی باعث می‌شود نتوانند خصوصیات کوانتومی خود را حفظ کنند و اطلاعاتی که حمل می‌کنند را نیز از دست بدهند.

دانشمندان برای اینکه بر این چالش غلبه کنند و یک فاز پایدار برای کیوبیت‌ها تولید کنند، فازهای خاصی که فازهای توپولوژیک نامیده می‌شوند را مورد ارزیابی قرار داده‌اند. یکی از راه‌های تولید فازهای توپولوژیک درون کامپیوترهای کوانتومی از طریق شکستن تقارن است، ولی تقارنی که باید شکسته شود در بُعد مکانی شکسته نمی‌شود، بلکه در بُعد زمانی شکسته می‌شود. با تاباندن پرتوهای لیزر به یون‌های موجود در یک زنجیره در کامپیوتر کوانتومی، دانشمندان تلاش کردند تقارن زمانی یون‌ها را بشکنند و تقارن زمانی مورد دلخواه خود را به زنجیره‌ی یون‌ها القا کنند.

در این حالت، کیوبیت‌ها در بازه‌های زمانی یکسانی باقی می‌مانند و یک فاز توپولوژیک در ماده تولید می‌شود. انجام آزمایش با پالس‌های معمولی لیزر به شکست انجامید؛ ولی پالس‌های فیبوناچی لیزر توانست دنیای جدیدی را به روی دانشمندان باز کند. با تاباندن پرتوهای لیزری با پالس‌های فیبوناچی دانشمندان توانستند به‌صورت تئوری دو تقارن زمانی را به‌شکل همزمان مشاهده کنند.

استفاده از این روش به دانشمندان اجازه داد بتوانند داده‌های موجود را برای مدت زمان طولانی‌تری ذخیره‌سازی کنند و از ایجاد خطا در آن جلوگیری کنند.