ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı‘nda çalışan araştırmacılar kuantum teknolojilerinin ve kuantum bilgisayarların geliştirilmesine katkı sağlayabilecek önemli bir fikir keşfettiler.
Projede çalışan bilim insanları, bozonlar olarak bilinen bir parçacık sınıfının, belirli şartlara tabi tutulup, zorlandıklarında fermiyon adı verilen zıt bir parçacık sınıfı olarak davranabileceğini buldular.
Penn State Üniversitesi’nde yürütülen ve kısmen ABD Ordusu Savaş Yetenekleri Geliştirme Komutanlığı’nın Ordu Araştırma Laboratuvarı’nın bir parçası olan Ordu Araştırma Ofisi tarafından finanse edilen bu araştırma ile, tek boyutlu bir gazdaki bozonların arasındaki iç etkileşimler çok güçlü olduğunda — hız dağılımı — bir boyutta genişlediklerinde etkileşmeyen fermiyon gazına dönüştüğünü keşfettiler. Ve araştırmayı Science dergisinde yayınladılar.
Atomik saatlerin, kuantum bilgisayarların ve kuantum sistemlerinin performansının, seçilen sistemin özelliklerinin uygun şekilde iyileştirilmesine dayandığını belirten atom ve moleküler fizik program müdürü Dr. Paul Baker bu sonuçlara yönelik öngörülere de yer veriyor:
“Bu araştırma çabası, sistem istatistiklerinin sistemin boyutlarını düzgün bir şekilde kısıtlayarak değiştirilebildiğini bizlere göstermektedir. Bu keşif, temel ilkeler konusundaki anlayışımızı ilerletmenin yanı sıra, bir sistemi bosonikten fermiyonik sisteme dinamik olarak en iyi şekilde dönüştürmek için bir yöntem sağlayabilir.”
Araştırmacılar, deneysel olarak, bozonlar bir boyutta genişlediğinde – atom hattının yayılmasının daha uzun olmasına izin verildiğini- bir Fermiyon denizi oluşturabileceklerini gösterdiler.
Araştırma ekibi, atomları hapsetmek için lazer ışığı kullanan bir optik kafes kullanarak, bosonik atomlardan (Bose gazları) oluşan bir dizi ultra soğutulmuş tek boyutlu gaz oluşturdu. Işık tuzağında, sistem dengededir ve kuvvetle etkileşime giren Bose gazları, fermiyonlar gibi uzamsal dağılımlara sahiptir, ancak yine de bozonların hız dağılımlarına sahiptir. Araştırmacılar tuzak ışıklarından bazılarını kapattıklarında, atomlar bir boyutta genişledi. Bu genişleme sırasında, bozonların hız dağılımı, fermiyonlarla aynı olana sorunsuz bir şekilde dönüştü.
Penn State Üniversitesi Fizik Profesörü David Weiss ise şöyle bir yorum getiriyor: “Tek boyutlu gazların dinamiklerini tam olarak anlayarak ve ardından gazları kademeli olarak daha az entegre hale getirerek, dinamik kuantum sistemlerindeki evrensel ilkeleri belirlemeyi umuyoruz.”
İşte tam bu noktada belirtmemiz gerekir ise dinamik, etkileşen kuantum sistemleri temel fiziğin önemli bir parçasıdır. Kuantum simülatörleri ve kuantum bilgisayarlar da dahil olmak üzere birçok gerçek ve önerilen kuantum cihazı bunlara dayandığı için güzel bir keşif olduğu söylenebilir.
