Fiziyciler Belki de Bilinçsizce Zamanda Geriye Dönen Bir Qubit İnşa Etti

Klasik evrende zaman oku tek yöne akar; ancak klasik fiziğin çöktüğü kuantum dünyasında zamanın yönü bile ayarlanmaya müsait mi?

Kuantum evriminin yönünü yönlendirebilme, özellikle kuantum bilgisayarlama açısından önemli sonuçları olan, bilgi işleme için yeni yollar sunabilir.

Ve bu, ulaşılabilir görünüyor.

Koreli fizikçiler, süreçleri zamanda geriye doğru işletebilen bir kubit gösterdi… ve son derece ironik olan ise, bunu bulmak için zamanın içine geri dönmek zorunda kalmalarıydı.

Yeni bir ön baskıda, Korea Üniversitesi fizikçisi Tai Hyun Yoon, kendisinin kuantum vakfı ile tohumlanan tek fotonluk zaman kibi olarak adlandırdığı bir teori geliştirdi ve 2018’de tamamen farklı bir amaç için kendisiyle meslektaşlarının gerçekleştirdiği bir deneyin, bunu fiilen ortaya çıkardığını gösterdi.

Zaman kibi kavramı nispeten yeni bir kavramdır; Tel Aviv Üniversitesi fizikçisi Yakov Bloch tarafından yazılmış ve Kasım 2025’te arXiv’e yüklenmiş bir ön baskıda ortaya çıkmıştır.

Bu aslında zamanda geriye seyahat eden bir kubit değil; Bloch’ın açıkladığı gibi, aynı anda iki zıt zaman yönünde evrebilen bir kuantum sistemidir.

Civari bir saat hayal edin; akrebi hem saat yönünde hem de ters yönde aynı anda dönebilir. Yaklaşık fikir bu şekilde; ancak zamanın kendisini geriye çevirmek yerine, kubit fizikçilere bir kuantum sürecinin nasıl ilerlediğini yönlendirme imkanı verir.

Bloch, bunun bir kuantum parçacığının yolunun ikiye ayrılmasıyla deneysel olarak sınanabileceğini öne sürdü: iki yol boyunca zıt manyetik alanlar yerleştirilir, ardından parçacıklar tekrar birleştirilir. Birleşmelerinin girişim deseni, iki zıt evrimin birbirine nasıl bağlandığını ortaya koyabilir.

Metin yazıldığı anda bu fikir sağlam biçimde kuramsal alanda kalmaya devam ediyor; ancak bir kuantum parçacığının ikiye ayrılması gibi, Yoon da fikri aldı ve başka bir yöne doğru ilerletti.

Dönen bir parçacığın evrimini geriye çevirmek için manyetik alanlar kullanmak yerine, Yoon ışığa yöneldi. Yaklaşımı, dolanık foton çiftleri üreten iki kristal kaynağı kullanır; çiftlerin her birinden bir foton, tek fotonluk kibi taşır. Bu teknike dolanık doğrusal olmayan biphoton kaynağı (ENBS) girişölçümlendiği denir.

Belirli bir kuantum etkileşiminin yönü, fotonları üretmek için kullanılan ışığın fazı ayarlanarak kontrol edilir.

Fazın yarım bir döngü kadar ayarlanması, kuantum etkileşimini geriye çevirir; çünkü bu, zamanın kendisinin geriye aktığı için değil, etkileşimi yöneten matematiksel sürecin ters yönde işlediği için olur.

Kuantum mekaniğinde, bir sistemin zaman içindeki evrimi, Hamiltonyen olarak adlandırılan bir matematiksel tanımla yönetilir. Sistemin kuantum durumunun bir andan bir sonrakine nasıl değiştiğini belirler.

(Mariela Grobelska/Unsplash)

Bu Hamiltonyen’in işaretini geriye çevirirseniz, sistem sanki zaman geriye akıyormuş gibi, aksi halde uğrayacağı değişiklikleri geri izleyerek evrer.

Yoon’un yöntemi tüm Hamiltonyen’i geriye çevirmez, ancak kontrol ettiği etkileşimi yöneten kısmı geriye çevirir. Bu ona iki zıt kuantum evrim yönü verir – sivari akrebi her iki yöne de dönebilen bir kuantum saatiyle eşdeğer.

Ancak iki zıt yön baş başına bir zaman kibi değildir. Bunun için bir şey daha gerekir – her iki yönün aynı anda var olduğu süperpozisyon.

İşte paylaşımlı ışık buraya kritik hale gelir. Sıradan koşullarda, bir foton çifti üretmek, hangi kristalin onu ürettiğini ortaya çıkarabilecek bir bilgi geride bırakır. Bu bilgi, iki olası yolu ayırt eder ve kibi için gereken tutarlı süperpozisyonu üretmelerini engeller.

Ancak iki kristale de aynı tutarlı lazer kaynağından ışık sağlamak, ayırt edici bilgiyi baskılayabilir ve iki zıt kuantum evriminin girişim yapmasına izin verebilir.

Sonuç, yalnızca iki farklı yolu değil, iki zıt kuantum evrim yönünü kodlayan tek fotonluk bir kibtir.

Yoon, bu yaklaşımın uygulanabilir olduğunu göstermek için sıfırdan tamamen yeni bir deney tasarlayıp kurmak zorunda kalmadı. Bunun yerine, 2018’deki deney de dahil olmak üzere, kendisiyle meslektaşlarının daha önce gerçekleştirdiği deneylerden ölçümlere yöneldi.

Bu deneyler, yeni kuramsal çerçevesinin gerektirdiği faz bağımlı davranışı ve girişimi göstermişti. Yoon, kendisi ve meslektaşları tarafından zaten toplanmış olan verileri yeniden inceleyerek, aygıtın tek fotonlu bir zaman kubitinin uygulaması olarak anlaşılabileceğini gösterdi.

Eski deneylerden alınan verileri yeni bir teoriyi incelemek için kullandığından, mükemmel bir gösterim sayılmaz. Ancak, kavram kanıtı olarak, zaman kubitlerinin özelleşmiş bir araştırmasıyla uğraşmanın büyük getiriler sunabileceğine işaret ediyor.

Kuantum durumları üzerinde daha sıkı kontrol içeren daha özelleşmiş bir deney, teori tarafından öngörülen işlemlerin tümünü test edebilir.

Veya Yoon’un deyimiyle, “Ayrık ENBS zaman kubitinin, kronosiklik faz alanında donanım-native Gottesman-Kitaev-Preskill (TF-GKP) bozonik ızgara durumlarına kontrollü zaman-frekans kaydırmaları aracılığıyla eşlenmesi, hata toleranslı zamansal kuantum hata düzeltmesi, boyutlu qudit işleme ve rölativistik kuantum dedektör dinamiklerinin masaüstü simülasyonlarına doğru sağlam bir yol açar.”

Oldukça.

Henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş olan araştırma, arXiv üzerinde erişilebilir.

Bu makale Fiona MacDonald tarafından doğrulanmış ve Fiona MacDonald tarafından düzenlenmiştir. Sürecimize övünürüz, ancak yine de insanız. Bir hata fark ederseniz, lütfen bize bildirin.