Kuantum fiziğinde atılım: Dolaşık moleküllerle kuantum hesabı

Bilim insanları, molekülleri birbirlerinden kilometrelerce uzakta olsalar bile birbirleriyle eşzamanlı olarak etkileşime girmelerini sağlayan tuhaf ve özel duruma bağlayarak kuantum hesaplamayı ilerletebilecek bir buluşa imza attı.

Kuantum bilgisayarlar bazı problemleri geleneksel bilgisayarlardan çok daha hızlı çözebilir çünkü aynı anda çok sayıda paralel hesaplamayı büyük bir hızla gerçekleştirebiliyor. Klasik bir bilgisayar biti 0 veya 1 değerini alırken, kuantum bitleri yani kübitler aynı anda 0 ve 1’in süperpozisyonunda olabilir ve bu da aynı anda çok çeşitli hesaplamaların yapılmasına olanak tanır.

Bu bilgisayarlar, evrenin zıt uçlarında yer alsalar bile parçacıkların eşzamanlı olarak etkileşime girdikleri kuantum fiziği olgusu “dolanıklık”tan yararlanıyor. Fizikçi Albert Einstein bu özel durumu “uzak mesafedeki ürkütücü eylem” diye tanımlamıştı. 

Dolanıklık, iki parçacığın birbiriyle ayrılmaz bir şekilde bağlantılı hale gelmesiyle gerçekleşir, böylece bir parçacık diğer parçacıktan ışık yılı uzakta olsa bile bu bağlantı devam eder.

KUANTUM DOLANIKLIĞI ZORLUK OLMAYA DEVAM EDİYOR

Kuantum dolanıklığındaki ilerlemeler, davranışlarının simüle edilmesi zor olan karmaşık sistemlerin bilgisayar modellerinin geliştirilmesini ve geleneksel muadillerinden daha hızlı ölçüm yapan kuantum sensörlerinin yapılmasını sağlayabilir.

Ancak kontrol edilebilir kuantum dolanıklığı elde etmek hala bir zorluk olmaya devam ediyor.

Independent Türkçe’nin aktardığı bu çalışma, araştırmacıların kübit oluşturmak için hangi platformun (birkaç örnek vermek gerekirse iyonlar, fotonlar veya atomlar) en iyisi olduğuna dair hala emin olmamalarından kaynaklanıyor.

Science adlı bilimsel dergide yayımlanan yeni çalışma, ilk kez tek moleküllerin dikkatlice manipüle edilerek, birbirine bağlanmış kuantum durumlarına dönüştürülebileceğini gösterdi.

ABD’deki Princeton Üniversitesinden çalışmanın ortak yazarı Yukai Lu, “Yani pratik anlamda bu, kuantum bilgisini depolamanın ve işlemenin yeni yolları olduğu anlamına geliyor” dedi.

Moleküller atomlardan daha fazla şekilde etkileşime girebildiğinden, araştırmacılar dolaşıklıklarının karmaşık sistemlerin simülasyonu gibi bazı uygulamalar için çok uygun olabileceğini söylüyor. Örneğin, bir molekül birden fazla modda titreşebilir ve dönebilir; bu modların ikisi bir kübiti kodlamak için kullanılabilir. Ancak molekülleri kuantum hesaplama için cazip kılan serbestlik dereceleri, laboratuvar ortamlarında kontrol edilmelerini zorlaştırıyor.

Son çalışmada bilim insanları, ultra soğuk derecelere kadar molekülleri soğutmak için lazer kullanımı da dahil kuantum mekaniğinin ön plana çıktığı birkaç dikkatli yaklaşım kullanarak bu zorlukların üstesinden geldi.

Daha sonra araştırmacılar, ultra küçük molekülleri manipüle etmek için kullanılan mikrodalga atışları ve “optik cımbızlar” yardımıyla, tek moleküllerin birbirleriyle uyumlu bir şekilde etkileşime girmesini ve dolaşık hale gelmesini sağlayabildi.

Araştırmacılar böyle bir dolaşıklığın hem kuantum hesaplama hem de karmaşık sistemlerin simülasyonu için yapıtaşı olduğunu söylüyor. Çalışmanın bir diğer yazarı Lawrence Cheuk, “Kuantum bilimi için molekülleri kullanmak yeni bir sınır ve isteğe bağlı dolaşıklığı kanıtlamamız, moleküllerin kuantum bilimi için uygun bir araç olarak kullanılabileceğini göstermede önemli bir adım” dedi.