Kuantum sistemleri daha iyi simüle edebilen yeni bir yöntem geliştirildi

Kübitlerin sorunu ne?
Kuantum simülasyonlarına yeni bir bakış açısı
Yorumlar

Kuantum mekaniği, atom altı parçacıklarının bireysel olarak davranışlarını inceleyen bir çalışma alanı olarak yaklaşık 120 yıllık bir geçmişi kapsıyor. Kuantum bilgisayar teknolojileri ise bu alanın yakın zamanda oluşmuş bir ürünü olarak karşımıza çıkıyor. Fakat bu teknolojinin olgunluğa erişmesi için belirli zorlukların ve engellerin üstesinden gelinmesi gerekiyor.

Kuantum bilgisayar teknolojisinin gelişmesinde karşılaşılan zorluklardan biri kuantum mekaniğine ait simülasyonlar ile deneysel sonuçlar arasında kayda değer miktarda farkların oluşması. Bilim insanları bu farkı simülasyonların, kuantum boyutunda olup bitenleri yeterince başarılı bir şekilde taklit edememesine bağlıyorlar. Buradaki problemin odak noktasında kuantum bilgisayarların temelini oluşturan, kuantum bilgisayar terminolojisinde bit kavramının yerine kullanılan, bilginin en küçük parçasını taşıyan kübitlerin (kuantum bit) çevrelerindeki diğer parçacıklar ile etkileşimleri yer alıyor.

Kübitlerin sorunu ne?

Kübitler kuantum bilgisayarların bitleri olarak kabul ediliyor ve 2 değişik yönelim gösterebilen elektron spinlerini temel alıyorlar. Bu spinler spin-up ve spin-down şeklinde iki tür olarak karşımıza çıkıyor. Aynı zamanda bir elektron çifti süperpozisyonda iken ölçmesi mümkün olmayan belirli oranlarda hem spin-up hem de spin-down pozisyonunda aynı anda olabiliyorlar ki bu kuantum bilgisayarların en önemli avantajlarından biri kabul ediliyor.

Bilim insanları elektronların farklı spin durumlarının kontrol altında tutulabileceğini, bu sayede transistörlere bir miktar benzer yapıda mantıksal işlemler gerçekleştirilebileceğini deneysel olarak gösterdiler. Bu sonuç bize bir kuantum verisinin saklanabileceğinin ve manipüle edilebileceğinin deneysel olarak ispatlandığını gösteriyor. Bu sayede az enerji ile yüksek hesaplama gücüne ulaşabileceklerini öngördüler. Bu deneysel sonuçlara rağmen simülasyonlardaki mükemmel senaryo, deneysel olarak elde edilemiyor. Bunun bir sebebi olarak gerçekte işlem yapacak kuantum sistemi mükemmel düzeyde yalıtılmış bir noktaya getirilememesi gösteriliyor. Gerçek hayatta kübitler simülasyondaki kübitler gibi davranışlar sergilemiyor. Elektronlar yakın çevresindeki az sayıda bazı parçacıklar ile etkileşime girdiklerinden, işlemlerde belirsizlik ve hatalar oluşuyor.

Kuantum simülasyonlarına yeni bir bakış açısı

Yeni bir araştırma mevcut kuantum simülasyonlarının gerçeği doğru bir şekilde taklit etmediğini ortaya koyuyor. Journal of Nature Communications dergisinde yayınlanan bir araştırma bu soruna bir çözüm getirmiş gibi görünüyor. Araştırmada oluşturulan simülasyonlara elektronların çevrelerindeki parçacıklar ile etkileşimi de karmaşık bir yolla eklenmiş. Araştırmanın lideri ve yürütücüsü Brandon Lovett “Araştırmamız normal bir dizüstü bilgisayarda bile, kübit’in davranışının eksiksiz bir tanımına yer vererek, bilginin en alakalı kısmını tutmanın bir yolunu bulmayı başardı.” diyor ve ekliyor “Bu çalışma, sadece yeni nesil kuantum işlemcilerin daha gerçekçi simülasyonlarını ortaya çıkarmakla kalmıyor, aynı zamanda birçok parçacık bir araya getirildiğinde kuantum mekaniğinin nasıl çalıştığıyla ilgili yeni bilgiler edinmemizi de sağlıyor.”. Bu açıdan bakıldığında araştırma, kuantum mekaniksel olayları anlamak için araştırmanın sadece daha iyi bir kuantum simülasyonu sağlamasıyla birlikte mükemmel derecede yalıtılmamış kuantum sistemlerinde de kuantum verisinin depolanma ve manipüle edilme olasılığının var olduğunu gösteriyor.