Avusturya ve Çin’de çalışma yürüten araştırmacılar, ilk kez üç boyutlu kuantum ışınlanma gerçekleştirdi. Yüksek boyutlu ışınlanma, gelecekte kuantum teknolojisi kullanılarak üretilecek bilgisayarlarda oldukça önemli bir rol oynayabilir.
Konuya dair kapsamlı teorik çalışma daha önce Avusturya Bilimler Akademisi ve Viyana Üniversitesi’nden araştırmacılar tarafından gerçekleştirilmişti. Yine aynı ekip, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden biliminsanları ile birlikte çalışma yürüttü ve teorik olarak ortaya koydukları çalışmanın pratik ayağını da gerçekleştirdi. Böylelikle karmaşık yapılı yüksek boyutlu kuantum ışınlanma gerçekleştirilmiş oldu. Bu çalışmanın çıktıları, Physical Review Letters’ta yayınladı.
Biliminsanları araştırmalarında bir fotonun kuantum durumunu uzakta bulunan bir başka fotona aktardılar. Önceki çalışmalarda, sadece iki dereceli bilginin (“0” ve “1” değerlerine sahip bilgiler – qubits) aktarımı gerçekleştirilmişti. Ancak yeni çalışmada biliminsanları, üç dereceli bilginin (qutrit) ışınlanmasını sağladı. Klasik bilgisayar biliminden farklı olarak “0” ve “1”, kuantum fiziğinde kesinlik belirtmez. Kuantum fiziğinde ise ikisi de aynı anda gerçekleşebilir veya ikisinin arasında bir durumun yaşanması mümkün olabilir. Avusturya ve Çin’de çalışma yürüten biliminsanları tarafından yapılan ortak çalışmada, bu durumun dengelenmesi adına bir olasılık daha geliştirildi ve yukarıda tasvir edilen ara olasılık “2” simgesi ile gösterildi.
90’lı yıllardan bu yana, çok boyutlu kuantum ışınlanmanın teorik olarak mümkün olduğu biliniyordu ancak bu durumun pratiğine dair kapsamlı çalışma ilk kez gerçekleştirilmiş oldu. Avusturya Bilimler Akademisi Kuantum Optik ve Kuantum Bilişim Enstitüsü’nde çalışma yürüten Manuel Erhard, “Yüksek boyutlu ışınlanmanın uygulanması ve gerekli teknolojinin geliştirilmesi için deneysel bir yöntem tasarlamak durumunda kaldık” açıklamalarında bulundu. Buna göre aktarımı yapılacak kuantum durum, bir fotonun alabileceği olası yollarda kodlandı. Bir foton bu yolları üç optik fiber olarak görüntüleyebilirdi. İlginç olan, kuantum fiziğinde tek bir foton aynı anda üç optik fiberde de bulunabilir. Biliminsanları üç boyutlu kuantum durumunu başka bir fotona ışınlamak için bu bilgiden hareketle yeni bir deneysel yöntem kullandılar. Böylelikle, yani Bell ölçümü olarak adlandırılan yöntem ile geliştirilen deneysel metot yoluyla, kuantum ışınlanma gerçekleştirilmiş oldu. Araştırmada yararlanılan Bell ölçümü de temel olarak, fotonları birkaç giriş ve çıkışa yönlendiren ve tüm optik fiberleri birbirine bağlayan çok ağızlı bir ışın ayırıcıya dayanır.
Belirli modellerin akıllıca kullanılması yoluyla kuantum bilgileri, fiziksel olarak etkileşime girilmeyen ve giriş fotonlarından uzakta bulunan bir başka fotona aktarılabilir. Bu noktada belirtmek gerekir ki, bu araştırmada deney kavramı üç boyutla sınırlı değildir; Erhard’ın vurguladığı üzere, herhangi bir sayıdaki boyuta kadar genişletilebilir.
Kuantum Bilgisayar teknolojisinin Gelişiminde Önemli
Bu çalışma ile birlikte araştırma ekibi, kuantum ışınlanma metoduyla gelecekte gerçekleştirilebilecek uygulamalara dair de önemli adımlar attı. Alana dair araştırmalara göre, yüksek boyutlu kuantum sistemleri, çok yüksek kapasitelerde bilgi taşıyabiliyor. Avusturya Bilimler Akademisi ve Viyana Üniversitesi’nde kuantum fiziği üzerine çalışma yürüten Anton Zeilinger, “Bu sonuç, kuantum bilgisayarları bilgi yazma kapasitelerinin ötesine geçirebilir” açıklamalarında bulunuyor.
Çalışmaya katılan diğer biliminsanları da yüksek boyutlu kuantum ışınlanma yoluyla birçok fırsatın yakalanabileceğini söylüyor. Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Jian-Wei Pan, “Yeni nesil kuantum ağ sistemlerinin temelleri bu çalışmaya bağlı olarak atılacak” açıklamalarında bulundu.
Gelecekteki çalışmalarda kuantum fizikçileri, tek bir foton veya atomun tüm bilgilerinin kuantum ışınlanmasını sağlamak için bu çalışmanın nasıl geliştirilmesi gerektiğine odaklanacaklarını söylüyor.
Kaynak: https://phys.org/news/2019-08-complex-quantum-teleportation.html-
Çeviri: Bilim ve Gelecek-Gülseli Kırgılı
