Görsel : Jose-Luis Olivares/MIT  

Kuantum bilgi işleme yöntemlerinin vadettiği olağanüstü özellikler, klasik bilgisayarların yarattığı sorunları çözüyor. Mükemmel güvenlikli iletişim özelliği, "karmaşıklık" denilen ve içerisinde farklı fiziksel fazlarda olan atom altı parçacıkların etkileşimde bulunduğu bir olayla sağlanıyor. Ancak 'karmaşıklık' bozulmaya son derece müsait ve korumak çok zor ki bu da kuantum bilgi işleme sistemlerinin temel zorluğu ve engeli..

Burada anlatılanlar bu alanda çalışma yapan bir çok bilimcinin dahi anlayışlarındaki eksikliğin olduğu bir yeri dolduruyor. Bu nokta tam olarak şöyle ifade edilebilir ki, 'Eğer kaçınılmaz ışık kaybı ve gürültü sebebiyle ölçülen ışığın klasik görünmesine sebep olacaksa, o zaman kuantum bir etkileşim kullanmanın bir yararı olmayacaktır.' Haklılar gibi duruyor, cidden kuantumun nasıl bir iyi etkisi olabilir ki? İşte bu çalışma gösteriyor ki; evet oluyor..

Fazlılık

Karmaşıklık, bir parçacığın fazından dolayı diğer bir parçacığın diğer tüm fazlarına engel olması durumudur. Örneğin elektronlar, dönme özelliğine sahip, ki bu onların manyetik oryantasyonunu gösteriyor. Eğer iki elektron atomun çevresinde eşit uzaklıklarla dönüyorsa, zıt bir dönme gerçekleştiriyor olmalılar. Bu dönme karmaşası elektronlar atom yörüngesinden ayrılsa bile devam edecektir ancak çevre ile etkileşim yüzünden kısa süre içerisinde bozulacaktır.
MIT'nin araştırma sisteminde, iki ışık ışını birbirine geçmiş durumda ve biri bir noktada sabitleniyor, diğeri ise çevreye saçılıyor. Saçılan ışık geri döndüğünde karşılaştığı objelerden bilgiler taşıyor ama aynı zamanda da çevresel etkilerden dolayı bozulmuş oluyor.Bu duruma daha önce belirtildiği gibi 'gürültü' deniyor. Tekrar sabitlenen ışınla rekombine edildiğinde bu gürültü aşılıyor ve bilgi temiz haline geri getiriliyor.

Gürültü engellemek için sabitlenen ışın son derece büyük önem taşıyor. Çünkü fazı saçılan ışığın fazı ile bağıntılı. Işığı dalga özelliği ile ele alırsak, 2 ışın karşılaştığında fazları eşlenecektir. Ancak ışığın aynı zamanda da bir parçacık olduğunu hesaba kattığımızda ve parçacık olmaktan kaynaklı özelliklerini ele aldığımızda fazlarla ilgili ne olacağını şu an için bilemiyoruz.

Klasik düzende faz olarak birbirine tam zıt ışınlar hazırlayabilirsiniz, ki bu zaten ortalama bir deney için zorunlu. Ortalama olarak zıt fazlarda da olsalar, kuantum mekaniği her tekil ışığın fazlarını net olarak ölçmeyi imkansız hale getiriyor.
Ah şu belirsizlik ilkesi..

Farkı açmak

Bunun yerine kuantum mekaniği, fazları istatistiki olarak tanımlıyor. İki ayrı ışık ışınından iki fotonun ölçümleri ele alındığında, iki fazında bağlantılı olması bir olasılktır. Daha fazla fotonu ölçtüğünüzde ışınların ilişkili olup olmadığını daha kesin bir biçimde ölçmeye başlarsınız. Karmaşık ışınlarda, klasik ışınlara nazaran bu kesinlik çok daha çabuk oluşuyor.

Saçılan ışın çevreyle etkileşime girdiğinde, üzerine biriktirdiği gürültü sebebiyle faz ölçüm kesinliğini ciddi oranda düşürüyor. Karmaşık ışınlar çok güçlü bir ilişki ile başladığı için, gürültü sebebiyle klasik limitlerin bile altına inseler de , aynı şartlar altında klasik ışınlardan çok daha iyi performans gösteriyorlar.

Klasik limitten de , kuantum limitten de başlamış olsanız zaten hedefe gidip geri dönen ışın ciddi bir faz bozunmasına uğruyor. Kuantum da başladığınızda ise iki ışın birbirini eşitleyebildiğinden bu sorunun üstesinden otomatikman gelinmiş oluyor.

Karmaşık ışık ve klasik ışık kullanan optik sistemlerin karşılaştırıldığı deneylerde, araştırmacılar karmaşık ışık sistemlerinde sinyal/ gürültü oranının % 20 arttığını, bunun da geri dönen saçılı ışıktaki bilginin ne kadarının geri kazanılabildiğinin bir ölçüsü olduğunu buldu. Bu sonuç, teorik beklentilerle uyuşmaktaydı.

Ancak teori aynı zamanda deneyde kullanılan optik ekipmanın kalitesindeki geliştirmelerin de sinyal/ gürültü oranını ikiye hatta 3’e katlayabildiğini tahmin ediyor. Tespit hataları sinyal/ gürültü oranı ile katlanarak azaldığı için, bu durum hassasiyette milyon kat artışa neden olabilmektedir. Teknik olarak başarılması gereken zorlu görevlerden biri de kuantum aydınlatması için gerekli alıcının deney ortamında gerçekleştirilebilmesiydi ve çalışma ekibi olabileceğinin en uygunu olmasa da kuantum aydınlatmasının avantajını kanıtlayabilecek nitelikte bir kuantum alıcısı üretmeyi başardı.

Bu çalışmanın en büyük getirisi ise, neredeyse görülemeyecek kadar küçük objeleri çok gürültülü bir arkaplanda saçabilecek kuantum sistemlerin geliştirilmesine olanak tanıyacak olması.

 

Referans :  Phys.org