Yale araştırmacıları kuantum süper pozisyonunun ve tahmin edilemezliğin sembolü olarak bilinen Schrödinger’in ünlü kedisini kurtarmanın yolunu buldu. Araştırmacılar, bu süreçte kuantum fiziğinde yıllarca temel taş olan bir dogmayı yıktı. Keşif, araştırmacıların kuantum bilgisi içeren yapay atomların yakın sıçramaları için erken bir uyarı sistemi kurmalarını sağlıyor.
Çalışma, Nature dergisinin 3 Haziran 2019 tarihli çevrimiçi baskısında yayımlandı.
Schrödinger’in kedisi, üst üste binme (superpoze durum) kavramını (iki karşıt durumun aynı anda var olma durumu) ve kuantum fiziğindeki öngörülemezliğini göstermek için kullanılan ve iyi bilinen bir paradokstur. Buradaki fikirde, bir kedi radyoaktif madde içeren bir atomun bozunma durumunda tetiklenecek radyoaktif kaynaklı kapalı bir kutunun içine yerleştirilir. Kuantum fiziğinin üst üste binme teorisi, birisi kutuyu açana kadar, kedinin hem canlı hem de ölü olduğunu, aşamaların üst üste geldiğini öne sürmektedir. Kedinin gözlenmesi için kutunun açılması, kuantal durumu aniden rastgele değiştirmesine neden olarak ölü ya da diri olmaya zorlar.
Kuantum sıçrama, gözlemlendiğinde durumdaki kesintili (süreksiz) ve rastlantısal değişimdir.
Yale Üniversitesi profesörlerinden Michel Devoret’in laboratuvarında gerçekleştirilen ve başyazar Zlatko Minev tarafından önerilen deney, ilk kez kuantum sıçramasının gerçek çalışmalarına bakıyor. Sonuçlar, Danimarkalı fizikçi Niels Bohr’un yerleşik görüşüyle çelişen şaşırtıcı bir bulgu ortaya koyuyor; sıçramalar ne ani ne de önceden sanıldığı kadar rastgele değil.
Bir elektron, molekül veya kuantum bilgisini içeren bir yapay atom (kübit olarak bilinir) gibi küçük bir nesne için, kuantum sıçraması, ayrık enerji durumlarından birinin diğerine ani geçişidir. Araştırmacılar, kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde, hesaplamalardaki hataların tezahürleri olan kubit atlayışlarını büyük ölçüde ele almalıdırlar.
Esrarengiz kuantum sıçraması, bir asır önce Bohr tarafından teorileştirildi, ancak 1980’lere kadar atomlarda gözlemlenmedi.
FW Beinecke Uygulamalı Fizik Profesörü ve Yale Kuantum Enstitüsü üyesi Zlatko Minev, “Bu sıçramalar, bir kübiti her ölçtüğümüzde ortaya çıkar. Kuantum sıçramalarının uzun vadede tahmin edilemez olduğu bilinmektedir.” derken Minev ise “Buna rağmen, bir sıçramanın anında gerçekleşeceği konusunda önceden bir uyarı sinyali almanın mümkün olup olmadığını bilmek istedik.” diye ekledi.
Minev, denemenin kuantum yörünge teorisinin öncüsü ve araştırmanın ortak yazarı olan Auckland Üniversitesi’nden Profesör Howard Carmichael tarafından yapılan teorik bir tahminden ilham aldığını belirtti.
Söz konusu keşif, temel etkisine ek olarak, kuantum bilgisini anlama ve kontrol etmede büyük bir gelişmedir. Araştırmacılar bu çalışmanın kuantum bilgisayarlarının geliştirilmesinde önemli bir zorluk olan kuantum verilerini güvenilir bir şekilde yönetmenin ve hataları meydana geldiğinde düzeltmenin bir yolu olduğunu söylüyorlar.
Yale ekibi, süper iletken yapay bir atomu dolaylı olarak izlemek için özel bir yaklaşım kullandı. Bu kapsamda üç boyutlu mikrodalga jeneratörü, alüminyumdan yapılmış bir 3B oyuğa yerleştirilmiş atomu ışınladı. Minev’in süper iletken devreler için geliştirdiği iki kat dolaylı izleme yöntemi, araştırmacıların atomu daha önce görülmemiş bir verimlilikle gözlemlemelerine olanak tanıdı.
Mikrodalga radyasyonu, yapay atomu eşzamanlı olarak gözlemlediği için karıştırır, bu da kuantum sıçramalarına neden olur. Bu sıçramaların minik kuantum sinyali, oda sıcaklığına zarar vermeden yükseltilebilir. Burada, sinyaller gerçek zamanlı olarak izlenebilir. Bu, araştırmacıların ani bir algılama foton yokluğunu görmesini sağladı (mikrodalgalar tarafından uyarılan atomun yardımcı bir durumu tarafından yayılan fotonlar). Bu, kuantum sıçramasının önceden uyarılmasıdır.
Minev, “Bu deney tarafından görüntülenen gözleme dayanarak sadece sıçramayı yakalamakla kalmayıp aynı zamanda tersine çevirmek için bundan yararlanabilirsiniz.” dedi.
Araştırmacılar, kuantum sıçramalarının uzun vadede ayrı ve rastgele görünse de, kuantum sıçrayışının, kısmen deterministik ve rastgele olmayan bir karaktere sahip olduğunu belirtti. Minev, “Sıçrama her zaman rastgele başlangıç noktasından, aynı ve öngörülebilir şekilde gerçekleşir.” diye konuştu.
Bu sıçramaların uzun vadede tamamen öngörülemez olduklarını anlatan Minev, “Bununla birlikte, doğru izlemeyle yakın bir felaketin önceden uyarıldığını kesin olarak tespit edebilir ve gerçekleşmeden önce üzerinde harekete geçebiliriz.” dedi.
Araştırma, U.S. Army Research Office (ABD Ordusu Araştırma Ofisi) tarafından desteklenmiştir.
Bu yeni çalışma, Yale’nin kuantum araştırma çalışmalarındaki son adımdır. Yale’deki bilim insanları, tamamen faydalı kuantum bilgisayarlarını geliştirme çabalarının ön sıralarında yer alıyorlar ve süper iletken devrelerle birlikte kuantum hesaplamada öncü çalışmalar yapıyorlar.
Çeviren: Elif Akçay
Kaynak: news.yale.edu/2019/06/03/
