Işınlanma atılımı kuantum internetin yolunu açıyor

[™ Admin]

Işınlanma atılımı kuantum internetin yolunu açıyor

Kuantum hesaplama hem küçük hem de dev adımlarla ilerliyor. Minik, çünkü elde edilen şey, benzersiz sınırlamaların atılımlarını içerir; dev, çünkü her adım sonsuz olasılıklar dünyasının kapılarını açar.

Böyle bir adım, Hollanda'daki Delft Üniversitesi'ndeki QuTech laboratuvarında fizikçi olan Ronald Hanson liderliğindeki bir araştırma ekibi tarafından atıldı ve gönderici ve alıcı arasında doğrudan bir bağlantı olmaksızın ilkel bir ağ aracılığıyla kuantum bilgisini ışınlamayı başardı.

Çarşamba günü Nature'da yayınlanan bu kuantum sıçraması, kuantum internete bir adım daha yakın olduğumuz anlamına geliyor ve bu da, süper bilgisayarları birkaç dakika içinde binlerce yıl alacak görevleri yerine getirebilecek tamamen yeni bir bilgisayar türüne yol açacaktır. tıp ve yapay zeka alanlarında büyük ilerleme için bir yol.

Temel ışınlanma zaten elde edilmişti - Hanson'ın ekibi ve diğerleri bunu zaten gösterdiler - ancak yalnızca iki nokta veya Alice ve Bob adlı bitişik düğümler arasında. Şimdi, Hanson'ın ekibi bu çifti üçüncü bir Charlie ile uzaktan bağlamayı başardı. Üçlü, ilkel olmasına rağmen, hesaplama ve şimdiye kadar bilinmeyen bir dünyayı gözlemleme için sonsuz olasılıklara sahip bir kuantum interneti düşünmemize izin veren ilk ağı oluşturur.

Bu ilkel kuantum ağının alaka düzeyini açıklayan Hanson şunları söylüyor: “Kuantum iletişimi ile ilgili olarak, çalışmamız, doğrudan bağlantısı olmayan düğümlerle gerçek bir ağ ortamında ışınlanmanın nasıl kullanılabileceğini gösteriyor. Gelecekteki bir kuantum internetinde, bu tür ışınlanma, kuantum bilgilerini büyük mesafeler üzerinden aktarmanın ana yolu olacaktır. Ağımız modüler bir kuantum bilgisayar olarak görülebilir [burada düğümler modüllerdir]; çalışmamız, düğümlerin tek bir çip üzerinde olmasalar bile kuantum bilgi alışverişi yapabildiğini gösteriyor.”

Hanson'ın ekibinin kaydettiği ilerlemeyi anlamak için bu alanda önceki başarılara bakmamız gerekiyor. Bunlardan ilki, kuantum dünyasında ışınlanmanın mümkün olduğunun gösterilmesiydi. 2005'te ölen İsrailli merhum fizikçi Asher Peres, 1993'teki Physical Review Letters'da bu fenomeni öngörmüştü. Bir muhabir ona kuantum ışınlamanın bedeni olduğu kadar ruhu da taşıyıp taşımayacağını sorduğunda, fizikçi şu yanıtı verdi: "Bedeni değil. , sadece ruh.”

Bu anekdot, bir ortamda taşınan maddenin değil, özelliklerini veren bilginin olduğu kuantum ışınlanmasını anlamak için önemlidir. Hanson'ın açıkladığı gibi: "Kuantum ışınlamanın temel özelliği, kuantum bilgisinin kendisinin aslında ışınlanmış olmasıdır: uzayda veya fiberde seyahat etmez. Işınlamayı yürütmek için kaynak olan dolaşık kübit çifti - 'ışınlayıcı' - fiber üzerinden bir sinyal kullanılarak hazırlanır. Bu fenomen için başka bir terim Albert Einstein tarafından icat edildi: "Uzaktan ürkütücü eylem." Kendisi bunun imkansız olduğunu düşündü.

Böylece, bir parçacık daha önce başka bir parçacıkla karıştırıldığında, her ikisi de kendi durumlarına sahip bireysel parçacıklar olmaktan çıkar ve tek dalga fonksiyonlu bir sistem haline gelir. Ve Alice'de meydana gelen herhangi bir ölçüm Bob'da anında tekrarlanır. Hanson bunu şöyle açıklıyor: “Birini hemen ölçmek diğerinin de bir durum seçmesine neden oluyor; Bir anlamda birini ölçmek diğerini de ölçer. Bu, qubit manipülasyonundan çok farklıdır: Alice'i döndürürsek Bob'a hiçbir şey olmaz. Bu nedenle, [Einstein'ın bahsettiği] uzaktaki ürkütücü hareket, yalnızca ölçüm sonuçlarındaki anlık korelasyona atıfta bulunur. Ölçüm dışında başka şeyler de anında aktarılsaydı, aslında ışık hızından daha hızlı mesaj göndermek mümkün olabilirdi.”

Işınlanma, fotonlardan başlayarak atomlara ve daha karmaşık sistemlere geçerek çeyrek asırdır deney altında. Beş yıl önce, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nde çalışan bu alanın önde gelen araştırmacısı Jian-Wei Pan, ekibiyle birlikte, 1.400 kilometre yükseklikte yörüngede dönen yapay uydu Micius'a Dünya'dan fotonları ışınlamayı başardı.

Jian-Wei Pan, EL PAÍS'a kuantum hesaplama için temel olan bu başarıların, gürültü ve kusurların varlığı şeklindeki “zorlu bir zorluğun” nasıl üstesinden gelmesi gerektiğini açıkladı. Bu yılın başlarında, "Gürültülerin üstesinden gelmek ve sistemi büyütmek için kuantum hata düzeltme ve hataya dayanıklı operasyonlar kullanmamız gerekiyor" dedi.

Gürültünün ve kusurların varlığı, laboratuvar koşullarında tekil bir bilgisayarda bir kuantum işleminin başarısız olmasına neden oluyorsa, ağ bağlantılı bir işlemde sorun çoğalır. Ve bu, Hanson ve ekibinin ana başarısı oldu: bir ağdaki bitişik olmayan düğümler arasında verimli kuantum ışınlama.

Hollandalı araştırmacı şöyle açıklıyor: “Gürültü ve kusurlar, kuantum bilgi işleme için bir meydan okumadır. Bir kuantum ağında, düğümler arasında bilgi göndermek, ara fiberler aracılığıyla yapılabilir, ancak bu, kuantum bilgisini gürültüye ve fiber kanal kayıplarına maruz bırakacaktır. Buna karşılık, ışınlanma, bu gürültü kaynaklarından müdahale olmaksızın uzak düğümler arasında kuantum bilgisinin gönderilmesine izin verir. Işınlanma, kaynak olarak dolaşıklığı gerektirir. Bob, doğrudan fiziksel bir bağlantıyı paylaşmayan Alice ve Charlie arasındaki bu karışıklığın yaratılmasına yardımcı oluyor.”

Süreç, Hanson'ın bitişik düğümler arasında çalışacak bir ağa sahip olduğu önceki araştırmaların hemen ardından geliyor. Zorluk, üçüncü bir düğüm eklemek ve üçü arasında kuantum korelasyonları gösteren bir durum yaratmaktı.

Yeni deneyde, Alice ve Charlie birbirleriyle doğrudan bağlantıdan yoksundur, ancak ikisi de Bob'a bağlıdır. Alice ve Bob'un kuantum sistemleri, süreci, Bob'un sakladığı ve Charlie ile bir dolaşma yaratması için serbest bıraktığı, birbirleri arasında iç içe geçmiş bir durumu kullanarak hazırlar. Hanson, “Alice ve Charlie arasında bir dolaşma hazırlandıktan sonra, ışınlanacak durum yaratılır ve ardından yürütülür” diyor. "O zaman olan şey yalnızca kuantum dünyasında mümkün olan bir şeydir: ölçüm sonucunda bilgi Charlie'nin tarafında kaybolur ve hemen Alice'in tarafında belirir."

“Kuantum ağları için gerekli ilkeler”
İspanya Ulusal Araştırma Konseyi (CSIC) Temel Fizik Enstitüsü'nde araştırmacı bilim adamı ve Inspiration-Q'nun kurucu ortağı Juan José García Ripoll, Hanson ve ekibinin çalışmalarının çok önemli olduğunu söylüyor: kuantum iletişim ağlarının oluşturulması için gerekli tüm ilkeler” diyor.

García Ripoll'a göre, "yalnızca klasik bilgi [bitler] değil, aynı zamanda kuantum durumları [keyfi kübit durumları] göndermek, iki uzak nokta arasında dolaşık bir durumu dağıtmak için bir mekanizma ve iletilecek bilgiyi depolamak için bir kuantum bellek [bellek kübiti] gerektirir. Dolaşma üzerine kurulu bu iletişim kanalını kurarken.”

García Ripoll, Hanson'ın deneyinin Nitrojen-Boşluk (NV) merkezlerini, "bir kübit gibi davranan ve optik olarak manipüle edilebilen bir tür elmas safsızlığı" kullandığını söylüyor. "Bu kübit, fotonların emisyonu sayesinde uzun mesafeli dolaşıklık yaratmayı mümkün kılıyor." Bir NV-merkezi, elmas kristal kafesteki bir karbon atomunun bir nitrojen atomu (N) ve komşu bir boşluk (V) ile yer değiştirdiği bir kusurdur.

Tek bir NV, tek bir molekülün manyetik momentini algılayabilir ve kuantum teknolojisinde geniş uygulamalara sahiptir. García Ripoll'a göre, “NV-merkezi veya renk merkezi, çevreleyen atomların manyetik momentleriyle de konuşabilir ve [Hanson'ın] deneyinde, NV bilgisini yakındaki bir nükleer dönüşe [ bir karbon-13 izotopunda]. Gönderilecek bilgiler uzun süre güvende tutulabilir, bu da NV'yi başka bir iletişim düğümü ile dolaşma oluşturma görevini yerine getirmek için serbest bırakır.

García Ripoll, "Deneyin kalitesinin yanı sıra, üç düğümlü ve çok ayrıntılı iletişim algoritmalarıyla gelişmiş bir kuantum iletişim kurulumunun gösterilmesi, bunun çok umut verici olan ölçeklenebilir dolaşma dağıtımı ve kuantum iletişim kurulumlarına genişletilmesi için zemin hazırlıyor" diye ekliyor.

Erken ama önemli
Güney İspanya'daki Sevilla Üniversitesi'nde bir kuantum dizisinin ilk ölçümü fizikteki en büyük ilerlemelerden biri olarak kabul edilen bir fizikçi olan Adán Cabello için, deney bir ışınlanma olarak önemli olmasına rağmen, kuantum internetten bahsetmek için henüz çok erken. uzak bir düğüme.

Cabello, başarıyı basitleştirilmiş terimlerle açıklamaya çalışır. “Seville olabilecek bir şehirde kuantum bir durumunuz var ve onu başka bir şehre göndermek istiyorsunuz, diyelim Madrid” diyor. "Seville ve Madrid arasında bir karışık kübit durumu olması gerekiyor. Bu standart ışınlanma protokolüdür. Deneyle ilgili ilginç olan şey, dolaşıklığın ancak belirli bir mesafede kurulabilmesidir. Diyelim ki şehirler örneğinde 500 kilometre. Sevilla'dan San Sebastián'a kübit göndermek istiyorsanız, mesafe sınırlamasını aşmanız gerekir. Hanson bunu başardı: artık Sevilla-Madrid değil, Sevilla-San Sebastián. Mesafe iki katına çıktı.”

Cabello, "Bir ağın ne olabileceğine dair ilk inceleme" diye ekliyor. “Artık noktadan noktaya değil; şimdiden daha fazla düğümü dahil etmeye başlayabilirsiniz. Ancak kuantum internet hakkında konuşmak kendimizi aşar. Yine de, kuantum bilgilerinin ışınlanması çok faydalıdır ve pek çok uygulamaya sahip olacaktır, buna hiç şüphe yok.”

Aynı şekilde, fizikçiler Oliver Slattery ve Yong-Su Kim, Hanson ve ekibi tarafından gerçekleştirilen atılımın, güvenli, yeni nesil kuantum internetin yaratılmasına yönelik önemli ve “kritik” bir adım olduğunu vurguluyor. Ayrıca süreci başarmak için geliştirilen yeniliklerin önemini de vurguluyorlar: kuantum durumlarının hazırlanması, manipülasyonu ve okunması.

Bununla birlikte, her iki fizikçi de şunu belirtiyor: "Birden fazla ışınlanma turunu etkinleştirmek ve büyük ölçekli kuantum ağları üretmek için birden çok sistem özelliğinde daha fazla iyileştirmeye ihtiyaç duyulacak."

Kaynak: EL PAİS