Eğer kuantum bilgisayarları istiyorsak, iç içe geçmiş karmaşık bir kuantum parçacık sistemine ihtiyacımız olacak. İçeriden birbirine bağlanmış parçacıklar. Böylece birine birşey olursa, bir diğerini etkileyecek.
Tabii ki söylemek yapmaktan daha kolay. Ama fizikçilerden oluşan bir ekip, 20 bitlik bir kuantum kaydı oluşturarak heyecan verici bir dönüm noktasına ulaştı.
Kuantum bitleri ya da diğer adıyla kubitler, kuantum bilgisayarların temel yapı taşlarıdır. Tıpkı bitlerin geleneksel bilgisayarların yapı taşları olduğu gibi.
Fakat zor olan şey, atom altı parçacıkların aynı anda birden fazla durumda varolabilme yeteneğine güvenmeleridir; ki bu oldukça ürkütücü.
Düzenli bitler, iki durumda olabilir: 1 veya 0. Kubitler de ikili sisteme dayandırılır. Fakat birbirine karışabilmeleri sayesinde, bitlerin yapması gerektiği gibi, bir veya diğerinden ziyade her iki durumun da bir süperpozisyonunda var olabilirler.
Bu, şu anda kullandığımız bilgisayarlardan çok daha hızlı ve daha güçlü bir bilgisayarı mümkün kılar.
Ancak bu, kubitler iyi karakterize edilmiş ve iç içe geçmiş kubitlerin bir kaydını oluşturmak için birleştirilebiliyorsa mümkündür.
Ayrı ayrı adreslenebilen kubitlere sahip bir kuantum dosyasına ilişkin önceki kayıt 2011’de, Rainer Blatt’ın Avusturya’daki Innsbruck Üniversitesi’nde Deneysel Fizik Enstitüsü fizikçilerinin ilk kez 14 adreslenebilir kubiti ayrı ayrı karıştırmalarıyla belirlenmiştir.
Şimdi, Blatt ve fizikçiler ile teorisyenlerden oluşan bir ekip, kuantum durumları bireysel olarak kontrol edilebilen 20 qubitlik bir sistem oluşturdular.
Bu deneyde, bir hat içinde düzenlenmiş 20 adet yüklü kalsiyum atomu, veya iyonları, bir dizi lazer kullanılarak karıştırıldılar ve kubitler olarak hizmet etmekteler.
Ekip, kalsiyum iyonlarını sistemdeki iki, üç veya bazen dört başka kalsiyum iyonuyla karıştıracaktı.
Bu kadar çok parçacık birbirine ilk kez karışmış değil. Ama heyecan verici olan şey, ekibin her bir kubiti tek tek okuyabilmesi ve tespit edebilmesi.
Viyana’daki Avusturya Bilimler Akademisi’nde fizik uzmanı ve çalışmanın baş yazarı Nicolai Friis, “Çok sayıda parçacık arasında dolaşan ultra-soğuk gazlara benzeyen kuantum sistemleri var” dedi.
IBM’in 50 kubitlik makinesi ve Google’ın 72 kubitlik Bristlecone’u gibi daha fazla sayıda kubiti olan erken aşamadaki kuantum bilgisayarlar da var.
Fakat bu durumlarda, kubitlerin bireysel kuantum durumları kontrol edilemez ve sistem tek tek qubit’leri okuyamaz.
Bunu aşmak için, ekip manyetik bir alan kullanarak kalsiyum iyonlarını sınırlamak için bir iyon tuzağı kullandı. Daha sonra iyonları çözmek için lazer kullandılar, her bir kubit, tuzak bir atomik iyonun elektronik durumuna şifrelenmiş her bir kubit ile, 20-kubitlik bir sistem kurdular.
Fakat, çok sayıda parçacık içeren karmaşık bir sistem, tek tek parçacıklar olarak tanımlanamazdı, ancak sadece bütünüyle ve çok parçalı bir sistem olarak tanımlanabilirdi.
Bu da kontrolü zorlaştırıyordu. Bu yüzden ekibin çoklu partikül karışımını tespit etmek için özel bir araç tasarlaması gerekti.
Avusturya Bilimler Akademisi’nden kıdemli yazar Ben Lanyon, “Parçacıklar önce çiftler halinde karışır” dedi. Lanyon’un ekibi, Almanya Ulm Üniversitesi’ndeki araştırmacılarla birlikte çalıştı.
“Viyana ve Ulm’daki meslektaşlarımız tarafından geliştirilen yöntemler sayesinde, karmaşıklığın tüm komşu parçacık üçlülerine, çoğunlukla dörtlülere ve birkaç beşliye daha fazla yayılmasını kanıtlayabiliriz.”
Ulm ve Viyana’daki teorisyenler iki farklı yaklaşım geliştirdiler.
Viyana ekibi, değerlendirilmesi kolay sonuçlarla çok az sayıda ölçüm kullanan bir yöntem geliştirdi. Bu yöntem, tek seferde bir kayıtta üç taneye kadar olan partiküllerin karıştırılması için kullanıldı.
Ulm ekibi daha karmaşık ama verimli olan sayısal bir yaklaşımı benimsedi. Bir seferde beş taneye kadar olan partiküllerin karışımını tespit edebildi. Bu yöntemleri kullanarak, 20 kubitin birbirine karıştığını gösterebildiler.
Ancak ekip, tasarladıkları yöntemlerin daha da büyük bir kuantum kaydının oluşturulması için kullanılabileceğine inanıyor. Kubitler tek tek okunabildiği için, kuantum simülasyonları ve kuantum bilgisi işleme gibi uygulamalar için bu yöntem uygun olacak.
Blatt, “Orta vadedeki hedefimiz 50 parçacık” dedi. “Bu hedef, bugünün en iyi süper bilgisayarlarının hala başarıya ulaşamadığı sorunları çözmemize yardımcı olabilir.”
Araştırma, Physical Review X dergisinde yayınlandı.
Kaynak: Science Alert
