Kuantum dolanıklığın üretebileceği istatistikler.

Bilim İnsanları Kuantum Dolanıklığın Gizli Kodunu Çözdü.

Bilim insanları, kuantum dolanıklığın tam istatistiksel parmak izini çıkararak, cihazların nasıl çalıştığını bilmeden test edilmesini sağladı.

Fizikçiler, kuantum dolanıklığın üretebileceği istatistikleri tam olarak haritalandırarak, kuantum dünyasının dilini çözmeyi başardı. Bu çığır açıcı keşif, kuantum sistemlerdeki tuhaf ama güçlü korelasyonların, cihazların iç işleyişini bilmeden nasıl test edilebileceğini, güvenli hale getirilebileceğini ve sertifikalandırılabileceğini ortaya koyuyor. Hatta kısmen dolanık sistemleri bile kendi kendine test etme yeteneği, daha sağlam kuantum iletişimi, şifreleme ve hesaplama yöntemlerinin kapılarını aralıyor. Bu hem temel fizik hem de gerçek dünya kuantum teknolojileri için bir oyun değiştirici.

Kuantum Dolanıklığın Kodunu Kırmak

Paris-Saclay’deki Teorik Fizik Enstitüsü’nden (IPhT) teorik fizikçiler, ilk kez kuantum dolanıklık kullanan sistemlerin üretebileceği istatistiksel sonuçların tam aralığını belirledi. Bu bulgu, kuantum cihazları için kapsamlı ve güvenilir test yöntemlerinin temelini oluşturuyor.

Araştırma sonuçları Nature Physics dergisinde yayımlandı.

Transistörler, lazerler ve atom saatleri gibi dönüştürücü buluşların ardından, kuantum dolanıklık şimdi “ikinci kuantum devrimi” olarak adlandırılan yeni bir yenilik dalgasını yönlendiriyor. Bu devrim, kuantum iletişimi ve kuantum hesaplama gibi teknolojileri gerçeğe daha da yaklaştırıyor.

Peki kuantum dolanıklık nedir? İki parçacığı (örneğin fotonları) paylaşılan bir kuantum durumunda hayal edin. Büyük mesafelerle ayrılsalar bile, ortak kökenlerine bağlı kalırlar. Bir fotonun polarizasyonunu ölçtüğünüzde, sonuç diğerinin ölçümüyle ilişkilidir, ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar.

Kuantum Dünyasını Ölçmek

Bu korelasyon neye bağlıdır? İlk olarak, iki nesne arasındaki dolanıklık derecesi değişebilir—örneğin, yatay polarize fotonlar dikey olanlardan daha sık üretilebilir. Ardından, bir ölçüm seçimi yapılmalıdır (polarizasyon ölçümü için bir yön seçmek gibi), bu da sonucu etkileyebilir.

Anlamlı kuantum korelasyonları üretmek için, her nesnenin en az iki farklı ölçümle (her biri en az iki olası sonuç sunan) ölçülebilmesi esastır.

Kuantum dolanıklığın kapsamını ortaya koyan en basit deneyde, beş parametre ölçüm istatistiklerini etkileyebilir: nesneler arasındaki dolanıklık derecesi ve her iki cihazın ölçüm yaptığı iki yön. Ancak genel olarak, kuantum fiziği birçok serbestlik derecesine sahip karmaşık sistemlere izin verir, bu da çok çeşitli korelasyonlara yol açar.

Kuantum Kara Kutu Anlayışı

Kuantum korelasyonlarının dikkat çekici özellikleri vardır, özellikle de bir Bell testini geçebilme yetenekleri. Bu gerçekleştiğinde, bir kuantum deneyinin sonuçları “yerel olmayan”dır—yani, sezgisel korelasyon anlayışımızı yansıtan yerel gizli değişken modelleriyle açıklanamaz. Bu çarpıcı özelliğin deneysel olarak gösterilmesi, 2022 Nobel Fizik Ödülü’nün Alain Aspect, John F. Clauser ve Anton Zeilinger’e verilmesiyle taçlandırıldı. Ancak kuantum korelasyonlarının birden fazla hilesi var.

Görünen o ki, fiziksel özellikler genellikle doğrudan dolanık bir kuantum durumunun ölçümünden elde edilen istatistiklerden tahmin edilebilir. Örneğin, gözlemlenen korelasyonlar, ölçüm sonuçlarının rastgele olduğunu sertifikalandırabilir. Daha da önemlisi, bu sonuca, “kara kutu” olarak ele alınan kuantum cihazlarının davranışı hakkında herhangi bir varsayım olmadan, yalnızca ölçüm sonuçlarından ulaşılabilir. Nihayetinde, bazı kuantum istatistikleri, dolanık nesneleri tanımlayan fiziksel modeli tamamen belirleme özelliğine sahiptir.

Kendi Kendini Test Eden Kuantum Cihazları

“Kendi kendini test etme” olarak adlandırılan bu çarpıcı özellik, cihazdan bağımsız kuantum bilgi protokollerinde kritik bir rol oynar. Bu protokoller, kaynak ve ölçüm cihazlarının doğru çalıştığına dair herhangi bir varsayıma dayanmadığı için benzersiz bir güvenilirlik sunar. Şimdiye kadar birkaç kendi kendini test etme sonucu elde edildi. Örneğin, tüm kübit durumlarının kendi kendini test edebileceği biliniyor, ancak henüz tüm olası testler bilinmiyor. Aslında, yalnızca iki kübitin maksimum dolanık durumlarına karşılık gelen testler tam olarak karakterize edilmiştir.

IPhT teorik fizikçileri Victor Barizien ve Jean-Daniel Bancal, şimdi kısmen dolanık nesneleri ölçerken elde edilen istatistikleri tam ve kesin olarak tanımlamanın da mümkün olduğunu gösterdi.

Araştırmacılar, “Fikir, kısmen dolanık durumların istatistiklerini, maksimum dolanıklıkta anladıklarımızla tanımlamaktı. Verimli bir fiziksel yorum sağlayan matematiksel bir dönüşüm bulduk” diyor.

Buna karşılık, kısmen dolanık iki kübit durumlarını kendi kendine test edebilen tüm korelasyonları tanımlamak, kuantum istatistiklerinin tam bir açıklamasını sağladı.

Kuantum Güvenliği ve Ötesi İçin Çıkarımlar

Dolanıklık söz konusu olduğunda elde edilebilecek kuantum istatistiklerinin tam olarak bilinmesi geniş kapsamlı sonuçlar doğurur. Bir yandan, kuantum teorisinin sınırlarını belirler. Bunu yaparken, doğanın kuantum fiziği kurallarına uyduğu varsayılarak gözlemlenebilecek deneysel sonuçların kapsamını sınırlar. Öte yandan, tüm dolanık nesnelere ve ölçümlere (dolayısıyla birçok farklı sisteme) uygulanabilen son derece etkili test prosedürleri sunar.

Özellikle, kuantum dolanıklık kullanan cihazların güvenliği, cihazların zamanla değişebilecek fiziksel özelliklerine değil, her an yapılan gözlemlerin sonuçlarına dayalı testlerle artırılabilir. Daha genel olarak, kuantum testleri, iletişim, kriptografi ve hesaplama için yeni protokollerin yolu açılmıştır.

Kaynak. ScitechDaily – J-D Bancal (IPhT)
Haber Veriyoruz