Mutlak sıfır olarak bilinen mükemmel sessizlik durumu, evrenin imkansız başarılarından biridir. Ne kadar yaklaşırsak yaklaşalım, fizik kanunları her zaman termal alt noktaya ulaşmamızı engelleyecektir. Uluslararası bir araştırma ekibi, efsanevi sıfır Kelvin işaretine veya -273.15 santigrat dereceye ulaşmanın yeni bir teorik yolunu buldu. Hayır, muhtemelen yasaları çiğnemeyecek ve ısının son kırıntılarını da ortadan kaldırmayacak, ancak bu yapı düşük sıcaklıklarda maddeyi incelemenin yeni yollarına ilham verebilir.
Termodinamiğin üçüncü yasasının bir sonucu olarak, bir grup parçacıktan termal enerji artışlarını mutlak sıfıra soğutmak için çıkarmak her zaman sonsuz sayıda adım gerektirir. Bu nedenle, bunu başarmak için sonsuz miktarda enerji gerekir. Oldukça zor bir görev.
Klasik fizik bunu nispeten açık hale getiriyor. Ancak kuantum fiziği bağlamında sorun biraz farklı görünmeye başlar. Kuantum fiziği parçacıkları çeşitli şekillerde tanımlar. Yalnızca bir özellik ölçüldüğünde somut bir duruma sahip olur ve o zaman bile parçacığın diğer özellikleri biraz daha belirsiz hale gelir.
Teorik mutlak sıfır noktasındaki bir parçacık hareket etmeyecek, bu da konumunun güvenli olacağı anlamına geliyor. Önceki pozisyonunun kuantum detayları etkili bir şekilde silinecek ve bilgiler silinecek. Bir bilgi parçasını silmek için minimum ve sonlu miktarda enerji gerektiğini belirten Landauer ilkesini girin.
Bu, sıfıra inmek için hala bir kuantum hilesi olduğu anlamına mı geliyor?
Paradoksun iki çözümü var. Bu sıçrama yine de sonsuz miktarda zaman veya enerji alabilir. Veya yeni bir araştırmaya göre, sonsuz sayıda karmaşıklığın ortadan kaldırılmasını gerektirecek. Mutlak sıfıra giden bir yol arayışına yeni bir bakış açısı sağlayan, karmaşıklığın rolünün bu yeni keşfidir, bu bilim adamlarının zaten üzerinde çalıştıkları neredeyse imkansız bir çözüm olsa bile.
Viyana Teknik Üniversitesi’nden parçacık fizikçisi Markus Huber, “Sonlu bir enerjide ve sonlu bir zamanda bile mutlak bir temel duruma ulaşmamıza izin veren kuantum sistemlerini tanımlamanın mümkün olduğunu bulduk – hiçbirimiz bunu beklemiyorduk” diyor.
Avusturya. “Fakat bu belirli kuantum sistemlerinin başka bir önemli özelliği daha var: sonsuz derecede karmaşıklar.” veya mutlak sıfıra ulaşmak için gereken karmaşıklıktı. Ekibin hesaplamaları ve simülasyonları ayrıca, ideal veri silme ve mümkün olan en düşük sıcaklığın yakından ilişkili olduğunu ve biz ölümlüler için görünüşte ulaşılamaz olduğunu gösteriyor.
Bu nedenle, sistemlerin karmaşıklığını artırmanın, mutlak sıfıra yaklaşmanın veya en azından daha hızlı hareket etmenin başka bir yolu olması tamamen mümkündür. “Bir kuantum bilgisayardaki kuantum bilgisini tamamen silmek ve böylece bir kübiti tamamen saf bir temel duruma dönüştürmek istiyorsanız, o zaman teoride sonsuz sayıda parçacığı mükemmel bir şekilde kontrol edebilen sonsuz derecede karmaşık bir kuantum bilgisayara ihtiyacınız olacaktır” diyor.
Pratik bir bakış açısından, hiçbir bilgisayar sistemi mükemmel değildir, bu nedenle kuantum bilgisayardaki bir parçacığın verilerinden (veya önceki durumlarından) asla tamamen silinemeyeceği fikri, bu teknolojilerin geliştirilmesinde bir engel olmamalıdır.
Kuantum mekaniği ve sıcaklık yakından ilişkilidir – mutlak sıfıra yaklaştıkça, garip kuantum olayları ortaya çıkmaya başlar – ve araştırmacılar bunun, bu çalışmanın sonuçlarının gelecekte yararlı olabileceği başka bir alan olduğunu söylüyor.
Huber, “Kuantum teorisi ile termodinamik arasındaki ilişkiyi daha iyi anlamak bu yüzden çok önemli” diyor. “Şimdi bu alanda birçok ilginç başarı var. Bu, fiziğin bu iki önemli bölümünün nasıl iç içe geçtiğini göstermeye başlıyor.” diye açıklamıştır.
Bu yazı PRX Quantum adresinden derlenmiştir.