Kuantum zırhı: Yeni yöntem bilgiyi gürültüye karşı koruma sözü veriyor

Dolanıklık bozulmaya başladığında kuantum bilgisi de kaybolur, ancak skyrmionlar bunu engelleyebilir.

Kuantum sistemlerinin kararlılığını geliştirmedeki temel zorluklardan biri, kuantum bilgisini çevresel bozulmalardan korumaktır. Bu aynı zamanda dolanıklık gibi benzersiz kuantum durumlarını elde etmenin ve sürdürmenin de önündeki en büyük engellerden biridir.

Kuantum dolanıklık, iki veya daha fazla parçacığın aralarındaki mesafeden bağımsız olarak iletişim kurup birbirini etkileyebildiği durumda gözlemlenir. Einstein bu kavramı “uzaktan ürkütücü etki” olarak adlandırmıştı.

Ancak bu kadar güçlü bir kuantum özelliği olmasına rağmen, dolanıklık aynı zamanda çevresel bozulmalara karşı son derece hassastır. İstenmeyen parçacıklar, ışınlar veya diğer kaynaklardan gelen gürültü, dolanıklığı bozabilir. Fakat artık bunu önlemenin bir yolu var.

Johannesburg’daki Witwatersrand Üniversitesi’nden (Wits) araştırmacıların yeni bir çalışması, kuantum bilgisini dolanıklığın kırılgan bir durumunda bile koruyabilecek bir yönteme ışık tutuyor.

Topolojinin Gücünden Yararlanmak

Wits ekibi, kuantum bilgisini topolojik yapılar (özellikle kuantum skyrmionları*l) kullanarak kodlamanın, çevresel gürültüye karşı direnci artırabileceğini öne sürüyor.

Skyrmion, manyetizma ve kuantum fiziği gibi alanlarda ortaya çıkan kararlı, girdap benzeri bir yapıdır. Topolojik olarak kararlıdır, yani hafifçe deforme edilmeye çalışılsa bile şekli korunur ve gürültüye karşı dayanıklıdır.

Bir havuzdaki küçük bir girdap düşünün: Su etrafında hareket ettikçe, girdap tamamen bozulmayana kadar şeklini korur. Skyrmion da manyetik veya kuantum alanlarda benzer şekilde davranır; küçük bozulmalarla silinemeyen bir “dönüş” yapısıdır.

Kuantum mekaniğinde skyrmionlar, kuantum bilgisini korumaya yardımcı olan kararlı dalga benzeri yapılar olarak ortaya çıkabilir. Araştırmacılar, teorik olarak belirli topolojik özellikler (skyrmionlar) ile tasarlanan kuantum durumlarının, parçacık dolanıklığı bozulmaya başlasa bile bilgiyi koruyabildiğini gösterdi.

Çalışma yazarları, “Kuantum skyrmionların ve topolojik gözlemlenebilirlerinin, tipik dolanıklık ölçütleri bozulsa bile gürültüye dirençli kaldığını gösterdik” diyor.

Büyük Kuantum Ağlar İçin Kararlılık Şart

Bu, kuantum bilgisini kırılgan durumlarda korumak için keşfedilen ilk yöntem değil. Örneğin, daha önce kuantum sistemlerinin kararlılığını korumak için düzeltme kodu geçişi gibi teknikler rapor edilmişti. Ancak çoğu yöntem ya uygulaması zor ya da yalnızca kuantum durumunu sabit tutmaya odaklanıyor.

İşte bu noktada skyrmionlar devreye giriyor. Araştırmacı Andrew Forbes, “Topolojinin, gürültülü ortamlarda bilgi kodlamak için güçlü bir kaynak olduğunu bulduk” diye açıklıyor.

Ekip, bu yaklaşımın, her türlü ortamda gürültüyü aşabilen küresel kuantum ağlarının ve kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde kritik rol oynayabileceğine inanıyor.