Yeni çalışma, evrensel dolanıklık arıtma yöntemlerinin işe yaramadığını gösteriyor.
Geleceğin kuantum teknolojilerinin temelini oluşturacak olan kuantum dolanıklığı, çevresel gürültü nedeniyle bozulabiliyor. ABD’deki Chicago Üniversitesi Pritzker Moleküler Mühendislik Okulu, Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi ve Microsoft’tan araştırmacıların yürüttüğü yeni bir çalışma, bu sorunu çözmek için evrensel bir yöntemin mümkün olmadığını ortaya koydu. Çalışma, Physical Review Letters dergisinde yayınlandı.
Kuantum dolanıklığı, iki veya daha fazla parçacığın, ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar, birbirleriyle bağlantılı şekilde davranması anlamına geliyor. Yani bir parçacık üzerinde yapılan ölçüm, diğerinin durumunu da anında etkileyebiliyor. Bu garip durum, klasik fizik kurallarıyla açıklanamıyor ve sadece kuantum mekaniğiyle anlaşılabiliyor.
Kuantum dolanıklığı, kuantum iletişim, kuantum internet, kuantum bulut bilişim ve çok hassas ölçümler gibi birçok alanda kullanılmak isteniyor. Ancak bu dolanık durumlar, çevreden gelen gürültü (istenmeyen enerji ya da bilgi girişleri) nedeniyle kolayca bozuluyor. Bu da kuantum teknolojilerinin güvenilirliğini ve verimliliğini tehdit ediyor.
Bu sorunu aşmak için bilim insanları, dolanıklık arıtımı (entanglement purification) adı verilen yöntemler geliştiriyor. Bu yöntemlerde, kusurlu yani “gürültülü” olan dolanık çiftlerden birden fazla alınarak, daha az sayıda ama daha kaliteli dolanık çift elde edilmeye çalışılıyor. Ancak şimdiye kadar geliştirilen arıtma yöntemlerinin çoğu, girişteki dolanık durumların birbirine tıpatıp benzer olduğu varsayımıyla çalışıyordu. Oysa gerçek dünyada bu tür kusursuzluk pek mümkün değil.
Çalışmanın başyazarlarından biri olan Chicago Üniversitesinden yüksek lisans öğrencisi Allen Zang, “Elimizdeki yöntemlerin, tüm durumlarda işe yarayacağını garanti edemediğimizi biliyorduk” diyor. Diğer başyazar olan Illinois Üniversitesinden Xinan Chen ise, “Acaba her koşulda işe yarayacak bir protokol var mı? Yani evrensel bir çözüm mümkün mü?” sorusunu sorduklarını belirtiyor.
Matematiksel olarak da imkansız
Araştırmacılar önce bilinen arıtma yöntemlerini test etti, ardından bu sınırları genişleterek kuantum mekaniğinin izin verdiği tüm olası matematiksel yöntemleri inceledi. Ancak sonuç değişmedi: Evrensel bir dolanıklık arıtma protokolü, tüm kuantum sistemlerinde işe yaramıyor.
UIUC Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümünden Prof. Eric Chitambar, “Bu sonuç, arıtma protokolleri işe yaramaz demek değil. Ama tek bir yöntemle her durumu düzeltemezsiniz,” diyor.
Microsoft’tan Martin Suchara da, “Bu çalışma bize olmayan bir çözüm için zaman harcamamamız gerektiğini söylüyor. Onun yerine her kuantum sistemine özel çözümler geliştirmeye odaklanmalıyız,” yorumunda bulunuyor.
Bu çalışma, kuantum iletişim ağlarının geliştirilmesi açısından kritik bir uyarı içeriyor. Gelecekte şehirlerarası ya da kıtalararası kuantum internet sistemlerinde, dolanık durumların uzak mesafelere gönderilmesi gerekecek. Ancak bu sistemlerde, karşılaşılan gürültüyü tek bir “sihirli formülle” ortadan kaldırmak mümkün değil.
Araştırma, her bir sistemin özelliklerine uygun, özel hata düzeltme stratejilerinin geliştirilmesi gerektiğini vurguluyor. Yani sistemin yapısı, gürültünün kaynağı ve türü gibi faktörler dikkate alınmadan uygulanacak genel yöntemler, beklenen faydayı sağlamayabilir; hatta sistemi daha kötü duruma sokabilir.
Ekip şimdi bu kuramsal sınırların, kuantum sistemlerdeki diğer kaynaklara da uygulanıp uygulanamayacağını araştırıyor. Ayrıca, sınırlı sayıda ve belirli türdeki hatalara sahip sistemler için “neredeyse evrensel” arıtma yöntemlerinin mümkün olup olmadığını da test etmeyi planlıyorlar. Sonuç olarak, bu çalışma kuantum mühendisliği alanında önemli bir yol gösterici olabilir. Evrensel çözümler yerine, duruma özel stratejilere odaklanmak, kuantum teknolojilerinin daha güvenli hale gelmesine katkı sağlayabilir.
Kaynak: University of Chicago
