Klonlamanın ötesinde: Sanal kuantum yayıncılığının gücünden yararlanmak

Klonlamanın ötesinde:

Klonlamanın ötesinde: Sanal kuantum yayıncılığının gücünden yararlanmak

Yeni bir çalışmada bilim insanları, uzun süredir devam eden klonlama yok teoremine geçici bir çözüm sağlayan ve böylece kuantum bilgisinin iletimi için yeni olanaklar sunan “sanal kuantum yayını” kavramını öneriyorlar.

Physical Review Letters dergisinde yayınlanan çalışma, “sanal olarak” ilişkili kopyalar yaratan sanal bir yayın haritasının ana hatlarını çiziyor. Araştırmacılar, bir dizi dört teorem aracılığıyla, zaman içinde kuantum durumlarının korelasyonlu kopyalarının oluşturulmasına olanak tanıyan bu haritanın uygulanabilirliğini ortaya koyuyor.



Dahası, araştırmacılar kanonik çerçevenin sağlamlığını göstermekte, evrensel klonlayıcıya fiziksel yaklaşımını kanıtlamakta ve haritanın nasıl uygulanabileceğini detaylandırmaktadır.

Sanal kuantum yayını, zamana dayalı korelasyonlardan yararlanarak kuantum bilgi işlemenin birçok alanını etkilemeyi ve böylece klonlama yok teoreminin getirdiği sınırlamalardan kaçınmayı vaat ediyor.

Neden kopyalayıp yapıştıramıyoruz?

Kuantum mekaniği inanılmaz derecede güçlü olmakla birlikte, bilginin kopyalanmasını veya çoğaltılmasını önleyecek şekilde inşa edilmiştir. Bir kuantum durumu sistemdeki tüm ilgili bilgileri kapsar ve ölçüldüğünde veya gözlemlendiğinde ölçümün olası sonuçlarından birine çöker veya değişir.

Bu, durumu kopyalayamayacağımız anlamına gelir çünkü bunu yapabilmek için ölçülmesi gerekir. Bu ilke klonlama yok teoremi olarak bilinir. Daha basit bir ifadeyle, kuantum bilgilerini klasik verilerde olduğu gibi kopyalayıp yapıştıramazsınız.

Bu sınırlama, kuantum bilgisinin verimli bir şekilde iletilebilmesine ve yeniden üretilebilmesine dayanan kuantum iletişim sistemleri için önemli bir engel teşkil etmektedir.

MIT’den Profesör Arthur Parzygnat, Hainan Üniversitesi’nden Profesör James Fullwood, Nagoya Üniversitesi’nden Profesör Francesco Buscemi ve Hong Kong Üniversitesi’nden Profesör Giulio Chiribella’dan oluşan araştırma ekibi, Phys.org’a motivasyonlarını açıkladı.

Klonlama yok teoreminin ortaya koyduğu bu sorun onları motive etti. Amaçları kuantum durumlarının zaman içindeki evrimini incelemek ve “korelasyon nedensellik anlamına gelmez” sözünün salt kuantum durumları için ne anlama geldiğini anlamaktı.

Sanal kuantum yayıncılığı

Parzygnat, “Bunu aşmanın yolu, gerçek fiziksel süreçler olmasa da kuantum bilgi işlemede birçok önemli uygulamaya sahip olan sanal kuantum yayın kanallarını tanıtmaktı” dedi.

Klonlama yok teoremi tarafından yasaklanan geleneksel kopyalama yöntemlerinin aksine, bu sanal yayın kanalları veya haritalar sanal olarak çalışır, yani doğrudan fiziksel çoğaltma içermezler.

Bunun yerine harita, bir kuantum durumunun farklı örnekleri arasında korelasyonlar kurarak, kuantum mekaniğinin temel ilkelerini ihlal etmeden bilgi aktarımına etkin bir şekilde izin veriyor.

Sanal yayın haritası benzersizdir ve araştırmacıların teorem 1’de ortaya koyduğu üç basit aksiyomu yerine getirir. Sanal yayın haritasını yöneten aksiyomlar, aşağıdaki değişiklikler altında tutarlılığı sağlar:

Referans çerçevesi.
Alıcı uçlar arasındaki simetri.
Klasik bilginin dekoheranstan etkilenmeden kopyalanabilmesi.
Bunlar bir sanal yayın haritasının temel gereksinimleridir.

Araştırmacılar ayrıca (teorem 2’de) böyle bir haritanın fiziksel bir yaklaşımının, keyfi bir kuantum durumunun mümkün olan en sadık kopyalarını yapabilen bir cihaz olan evrensel bir klonlayıcı kullanılarak oluşturulabileceğini kanıtlıyorlar.

Daha sonra, araştırmacılar yayın haritasının ayrıştırma yoluyla nasıl elde edilebileceğini göstermektedir (teorem 3). Haritanın iki işleme ayrılabileceğini ortaya koymaktadır:

Bir ölç ve hazırla protokolü, kuantum sistemi üzerinde sanal bir ölçüm gerçekleştirerek sanal bir ölçüm yaratmayı içerir.
Daha sonra, bir önceki adımda gerçekleştirilen sanal ölçümün sonuçlarına göre sanal kuantum durumunun iki kopyası oluşturulur.
Son olarak, (teorem 4’te) bir zaman evrim fonksiyonunun eylemi ile sanal yayın haritasının herhangi bir keyfi durum üzerindeki eylemi arasındaki eşdeğerliği kurarlar. Bu, sanal yayın haritasının bir zaman işlemi gibi davrandığını ve zaman içinde kuantum durumlarının korelasyonlu sanal kopyalarının yaratılmasına izin verdiğini ima eder.

“Bu çalışmanın en çekici özelliği, haritanın basit bir dizi doğal gereklilikle benzersiz bir şekilde karakterize edilmesidir. Bu yüzden ona kanonik diyoruz. Böylesine benzersiz bir özellik, kuantum teorisinin yepyeni bir kısmına, yani hala büyük ölçüde keşfedilmemiş olan zaman benzeri yapısına işaret ediyor gibi görünüyor,” diye açıkladı Prof.

Kuantum uygulamaları üzerindeki etkisi
Araştırmacılar sanal kuantum yayın teoremini oluşturarak kuantum hesaplama, kuantum bilgi ve kuantum kriptografi için bir dizi yeni olasılığı ortaya çıkardılar.

Fullwood, “Özellikle ilginç bulduğum ve şu anda Prof. Parzygnat ile üzerinde çalıştığım bir yol, sanal olarak yayınlanmış bir durumun, belirli bir laboratuvardaki iki zamansal olarak ayrılmış ölçümün ölçüm istatistiklerini potansiyel olarak nasıl kodlayabileceğidir” dedi.

Bu olgu, ana hatlarıyla belirtildiği gibi sanal yayın durumunun sadece beklenti değerlerini değil, aynı zamanda ortak ölçüm sonuçlarının olasılıklarını da yakaladığını göstermektedir.

Fullwood, bu durumun sanal yayının, “uzayzamanın uzayın zaman içindeki evrimini nasıl kapsadığına benzer şekilde”, kuantum bilgisinin zaman içindeki akışını yansıtan uzamsal-zamansal bir süreç olarak yorumlanmasını desteklediğini sözlerine ekledi.

Araştırmacılar ayrıca sanal yayının birçok kuantum bilgi teknolojisinin ardındaki gizli yapıyı ortaya çıkardığına dikkat çekiyor. Chiribella bunu kuantum iletişim bağlamında bir örnekle açıklıyor: “Bir gizli dinleyicinin kuantum iletişim kanalına girmesinin doğal bir yolu kuantum durumlarını kopyalamaya çalışmaktır.”

“Görünüşe göre, kuantum durumunu kopyalamanın en iyi yaklaşık yolu, sanal yayınımızın fiziksel bir yaklaşımını gerçekleştirmektir.”

Bu anlayış, potansiyel gizli dinleme teknikleri ve bunların karşı önlemleri hakkında içgörüler sunarak kuantum iletişimindeki güvenlik önlemlerini geliştirebilir.

Araştırmacılar, sanal yayın haritasının izin verdiği şekilde, kuantum cihazlarındaki doğruluğun doğrudan ölçümü gibi, daha önce alışılmışın dışında veya sınırların dışında kabul edilen yeni bir kuantum teorisi alanına girdiğimize işaret ediyor.

Buscemi, “Belki de birçok temel sorunun yanıtı burada bulunabilir” dedi.

Kaynak: https://phys.org
Derleyen: Figen Berber 

Bilim İnsanları 8 Bin Yıllık Donmuş Bizonu Klonlamayı Düşünüyor!

Bir yanıt yazın

Bu site, istenmeyenleri azaltmak için Akismet kullanıyor. Yorum verilerinizin nasıl işlendiği hakkında daha fazla bilgi edinin.

Çok Okunan Yazılar