فیزیک‌دانان موفق به تولید نوع جدیدی از ماده با دو بعد زمانی شدند

جامد، مایع، گاز و پلاسما؛ این چهار حالتی از ماده است که بیشتر ما می‌‎شناسیم و در دوره تحصیلات ابتدایی یا دانشگاه با آنها آشنا شده‎ایم. اما نظر شما در مورد نوع (فاز) جدیدی از ماده که حتی در مباحثی مانند ابعاد زمانی نیز با چهار نوع قبلی متفاوت باشد چیست؟ به تازگی فیزیکدانان موفق به خلق این نوع شده‎اند که حقیقتاً امری بی‎نظیر ولی با یک کاربرد متفاوت است.

بنابر نتایج پژوهش جدیدی که در مجله معتبر Nature به چاپ رسیده، گروهی از فیزیکدانان شاغل در دانشگاه‎ها و موسسات آمریکایی موفق به خلق فاز جدیدی از ماده شده‎اند که بسیاری از تصورات قبلی ما در مورد انواع مواد و ابعاد زمانی وجودی آنها متفاوت است.

برای توضیح اولیه این پژوهش شاید بهتر باشد به  توصیفی که مجله Scientific American از آن عنوان کرده رجوع کنیم. این مجله می‎گوید که پژوهش اخیر «درگاهی به یک بعد زمانی اضافی» است که تا پیش از این تنها تصور آن برای دانشمندان مطرح شده بود.

در واقع این‌‎طور به نظر می‎رسد که پژوهشگران جدید به دنبال یافتن راهی برای ایجاد یک فاز توپولوژیکی جدید از ماده کوانتومی بوده‎اند که اساساً شکلی جدید از ماده کوانتونی است. این فاز توسط حرکات دینامیکی اجزای تشکیل دهنده آن تعریف شده و ارتباطی به ترتیب استاتیک مولکول‎ها ندارد.

پیش از این برخی تکنیک‎ها برای ساخت مواد با ویژگی‎های متفاوت از حالت‎های پایه ارائه شده بود که تفاوت روش جدید با آنها این است که از دماهای بی‎نهایت بالا برای رسیدن به حالت‎های متفاوت استفاده نشده است.

در همین زمینه فیلیپ دومیترسکو، یکی از نویسندگان این مقاله و پژوهشگر در موسسه فلاتیرون که مرکز محاسبات فیزیک کوانتومی در آمریکاست در مصاحبه‎ای می‎گوید:

بسیار هیجان انگیز است که ببینیم این فاز غیرعادی ماده در یک آزمایش واقعی تحقق یافته است. به ویژه به این دلیل که توصیف ریاضی بر اساس یک بعد «زمان اضافی» که رویکردی نظری است، حالا جامه عمل پوشیده است.

در همین رابطه بخوانید:

– لحظه‌ی Hello World رایانش کوانتومی؛ توضیح عملی یک واقعیت مبهم!
– اینترنت کوانتومی و تلاش ایالات متحده آمریکا در دستیابی به آن

اما اگر کنجکاوید تا با مراحل خلق این ماده بیشتر آشنا شوید باید بگوییم دانشمندان به منظور ایجاد موفقیت‌آمیز فاز توپولوژیکی و در نتیجه بعد «اضافی»، بیت‌‎های کوانتومی یک کامپیوتر کوانتومی (کیوبیت‌ها) را با یک پالس لیزری شبه تناوبی بر اساس دنباله فیبوناچی مورد هدف قرار دادند.

اندرو پاتر، فیزیکدان کوانتومی در دانشگاه بریتیش کلمبیا در خصوص علت انتخاب دنباله فیبوناچی برای این هدف، به Vice گفته است:

دنباله فیبوناچی یک دنباله تکرار نشدنی است، اما نه کاملاً تصادفی که به طور موثر به ما امکان می‌دهد دو بعد زمانی مستقل را در سیستم درک کنیم.

اگرچه حالت ایجاد شده تنها برای چند لحظه پایدار بوده و دوام آورده است ولی محققان می‎گویند که می‎توان به همین چند لحظه اندک نیز به عنوان پیشرفتی بسیار بزرگ نگریست. در واقع محققان بر این باورند که یافته‌های آنان می‎تواند گام بزرگی در جهت توسعه یک سیستم ذخیره سازی اطلاعات پیچیده برای محاسبات کوانتومی با خطای محدود باشد؛ مسیری بسیار بلند که تنها چند قدم اول آن را برداشته‌ایم.

چالش بعدی پیش روی دکتر دومیترسکو و تیمش، آنطور که در بیانیه مطبوعاتی پیرامون این پژوهش اعلام شده آن است تا راهی برای اتصال نتایج حاصل از این حالت به محاسبات کوانتومی پیدا شود و بتوان به طور واقعی این حالت را با در هم کنشی با اطلاعات کوانتومی مورد بهره‎برداری قرار داد.

در نهایت باید گفت که مفهوم ماده جدید در بعد زمانی اضافی ارتباطی با استفاده شیمیایی نداشته و رویکرد اصلی دانشمندان استفاده از آن برای دسترسی به راهکارهای نوین ذخیره‌‎سازی و انتقال داده کوانتومی است.