•Kara deliklerden ilham alan kuantum ışınlama yöntemlerinin, güçlü kuantum hesaplamasının gerektirdiği “kuantum büyü”süz de oldukça iyi çalışabildiği bulundu.
Bir kara deliğin olay ufkunun ötesinde, bildiğimiz anlamda bilginin gizemli bir kaderle karşılaştığı düşünülüyor. Evrendeki en uç ortamlardan birinde kuantum bilgisinin neredeyse tanınamayacak kadar karıştığı varsayılıyor.
Bu iki nesneyi bir tür “göbek bağı” solucan deliğiyle birbirine bağladığınızda ise inanılmaz bir şey mümkün hale gelebiliyor. Tam doğru koşullar altında, bir kara delik tarafından yutulan bilgi diğerinden çıkabiliyor.
Bu fikir hâlâ büyük ölçüde teori dünyasında yer alıyor; ancak kuantum ışınlama için belirli bir yaklaşımı ilhamlandırdı ve araştırmacılar bu yaklaşımın, beklenmedik biçimde iyi çalışması için kuantum hesaplamasının güçlü kaynaklarından birini gerektirmediğini keşfetti.
Bu kaynak da kuantum büyü. Hint Teknoloji Enstitüsü (Banaras Hindu Üniversitesi)’nden fizikçiler Sudhanva Joshi ve Sunil Kumar Mishra, kara delik ilhamlı ışınlama protokolünün bu büyüsüz yüksek doğrulukla başarabileceğini göstererek, oldukça tuşafat ama gerçekten var olan bu olgunun anlaşılması için yeni bir pencere açtı.
Kuantum ışınlama bilim kurgu ışınlaması gibi çalışmıyor. Fiziksel madde taşınmıyor ve süreç anlık değil. Bunun yerine, iki parçacık arasındaki dolanıklık ile klasik iletişim kullanılarak bir parçacığın kuantum durumu başka birine aktarılıyor.
Dolanıklık, kuantum mekaniğinin en tuşafat sonuçlarından biri; iki nesnenin özelliklerinin o kadar derinden ilişkili hale gelmesi ki artık tam olarak bağımsız tanımlanamazlar. Bu bağlantı klasik fizikle açıklanamaz.
Süreç bilginin ışıktan daha hızlı yol almasını sağlamıyor ve orijinal kuantum durumu bu sırada yok oluyor. Yine de sonuç neredeyse büyülü: Bir kuantum durumunu büyük mesafelerde yeniden inşa etmek mümkün ve kimseye bir yere gitmesi gerekmiyor.
Bununla birlikte, kuantum mekaniğinde “büyü” sözcüğünün daha kesin başka bir anlamı var. Kuantum hesaplamasında büyü, belirli kuantum işlemlerinin sıradan bir bilgisayarın verimli biçimde simüle edemeyeceğinin ötesine geçmesini sağlayan bir özellik.
Bunu bir yük aracı gibi düşünebilirsiniz. Hem bir kamyon hem de bir uçak iki şehir arasında mal taşıyabilir ve bazı yolculuklarda ikisi de işi halleder. Ancak bir uçağın, bir kamyonun verimli biçimde yeniden üretemeyeceği yetenekleri var; örneğin birkaç saat içinde okyanusu geçmek.
Kuantum büyü de bu ek yeteneğe benziyor. Kuantum bilgisayarlara sıradan bilgisayarların verimli biçimde çoğaltamayacağı bazı hesaplamaları yapmalarını sağlıyor ama her kuantum görevi bunu gerektirmiyor.
Kara deliklere geri dönelim. Bu ultryoğun nesneler, evrendeki en hızlı kuantum bilgi karıştırıcıları olarak düşünülüyor. İçine düşen şey, olay ufkundaki küçük sorunu bir yana bırakıp da, orijinal bilginin geri kazanılmasını olağanüstü derecede zorlaştıracak kadar her şeyle iç içe geçiyor.
Ancak kuantum mekaniğine göre evren kuantum bilgisini yok edemez. Bu kurallarından biri. Ve en azında teoriye göre, iki kara delik tam doğru şekilde bağlandığında, birinin karıştırdığı bilgi diğerince geri alınabilir.
Fizikçiler, bu teoretiken ilham alan kuantum ışınlama protokollerini geliştirdi; gerçek kara deliker yerine kuantum devreleri kullanarak karıştırma sürecini taklit ediyorlar.
Bu ilginc bir soruyu gündeme getiriyor: Bu karıştırmanın gerçekten ne kadar kuantum hesaplama gücü gerekiyor?
Joshi ve Mishra tam bunu araştırmaya koyuldu. Bunun için araştırmacılar, kara delik ilhamlı ışınlama protokolünde kuantum bilgisini karıştırmak için kullanılan iki farklı yöntemi matematiksels biçimde inceledi.
Birincisi, kuantum devreleri olarak bilinen bir sınıf içeriyordu. Bunlar dolanıklık oluşturabilir ve kuantum bilgisini işleyebilir ancak kuantum büyü gerektirmez; davranışları sıradan bir bilgisayarın ver biçimde simüle edilebilir.
İkincisi ise genellikle önemli derecede kuantum büyü içeren, daha genel rastlantısal seçilmiş kuantum işlemleri olan Haar-rastlantısal karıştırıcıları içeriyordu.
Araştırmacılar her iki yaklaşım için de sayıları hesapladı, ardından her birinin kuantum bilgisini ne kadar sadakatle ışınlayabildiğini karşılaştırdı; temelde geri kazanılan kuantum durumunun orijinal bilgilerle ne kadar yakın uyuştuğu.
Sonuçlar büyük bir sürpriz içeriyordu. Ortalamaya göre, biri kuantum büyü kullanırken diğeri kullanmamasına rağmen her iki yaklaşım da tam olarak aynı ışınlama doğruluğu sağladı.
Ancak ortalama, veri kümesinin hikayesinin yalnızca bir parçasıdır. Beş sayılı iki kümünüz olduğunu varsayın; her iki kümenin de ortalaması 10 olsun. Birinde beş sayının herbiri tam olarak 10’dur. Diğer kümedeki beş sayı ise -1.000, 0,5, 4, 45,5 ve 1.000’dir; topladığınızda beşe böldüğünüzde yine 10’a ulaşırsınız.
iki ışınlama protokolünde de benzer bir şey ortaya çıktı. Ortalamalar aynı olsa da, Haar yaklaşımı Clifford yaklaşımına göre dramatik biçimde daha tutarlıydı.
Sekiz kuantum biti veya qubit içeren bir sayısal karşılaştırmada, Clifford yaklaşımındaki ışınlama doğruluğu varyansı yaklaşık 40.000 kez daha büyüktü; ortalamasının etrafında çok daha fazla dağılım gösteriyordu.
Bu, kuantum büyünün bu modelde mükemmel ortalamalı ışınlama doğruluğu elde etmek için gerekli olmasa da, karıştırma işlemlerinin seçiminin o doğruluğun ne kadar tutarlı biçimde sağlanasında oldukça önemli bir fark yaratabileceğini öne sürüyor.
Ancak ilginç başka bir sonuç da vardı. Araştırmacılar ayrıca modellenen kuantum sistemleri büyüdükçe Clifford yaklaşımının giderek daha başarılı hale geldiğini, karıştırma işlemleri hiç kuantum büyü üretmemesine rağmen ışınlama doğruluğunun mükemmelliğe yaklaştığını buldu.
Sonuçları da sistemler büyüdükçe daha tutarlı hale geldi; ancak Haar yaklaşımı önemli ölçüde daha güvenilir kaldı.
Araştırmacılar ayrıca kuantum büyü eklemenin baş başına ışınlama sonuçlarını iyileştirmenin yeterli olmadığını da buldu. Karıştırılan bilginin nasıl decode edildiği kritikti; decode sürecinin bilgi ilk kez karıştırıldığı şekilde eşleşmesi gerekiyordu.
Bu, fizikçilerin gerçekten kara deliker üzerinden bilgi ışınlamanın yolunu bulduğu anlamına gelmiyor. Çalışma teoriktir ve idealize edilmiş koşullar altında kuantum sistemlerinin matematiksel modellerine dayanır; bu tür temel çalışmalar, protokollerin gerçek kuantum donanımında yeniden üretilmesini ve test edilmesini yönlendirebilir.
Sonuçların daha gerçekçi senaryolar da geçerli olup olmayacağı hâlâ belli değil. Ancak sonuçlar, kuantum bilgisini karıştırma ve geri alma yeteneğinin, kaçınılmaz olarak karıştırma sürecinin hesaplama karmaşıklığından kaynaklanmadığını öne sürüyor.
Bu, fizikçilere yalnızca kuantum bilgisinin çılgın davranışlarını değil, aynı zamanda evrendeki en gizemli nesnelerden bilgi geri almanın gerektirebileceği küçük –çok küçük– bir parçayı da daha iyi anlamaya yardımcı olabilir.
Kendine özgü hakem değerlendirmesinden geçmemiş olan araştırma, ön baskı sunucusu arXiv’de mevcut.
Be the first to comment
Develop your idea with a source, question, or constructive counter-argument.