Çin’li araştırmacılar, mikrodalga fotonlarının küçük gruplarını birbirine bağlarken fotonları yok etmeden daha büyük, programlanabilir kuantum ağlarına dönüştüren bir yöntem geliştirdi. Araştırmacılar bu yöntemle 13 fotonik qubit‘te gerçek çoklu dolanıklığı gösterdi ve böylece ölçeklenebilir kuantum bilişim ile iletişim sistemlerine yol açabilecek pratik bir kapı açtı.
Kuantum bilgisayarlarda yeterli sayıda kuantum bitinin (qubit) birlikte çalışması büyük bir meyok okuyucunun özünü ilk paragrafta anlamalıdır. Kuantum dolanıklığı, qubit’lerin paylaştıkları durumun birbirinden bağımsız tanımlanamadığı kuantum olgusuyla sağlanır. Bu bağlantılar graf durumları olarak adlandırılan yapılara dizilebilir; bunlar kuantum bilişim ve iletişim için kullanılan kaynaklardır.
“Büyük fotonik graf durumları, kuantum iletişim, kuantum ağları ve ölçüm tabanlı kuantum bilişim için önemli kaynaklardır,” diyen çalışmanın kıdemli yazarı Tsinghua Üniversitesi’nden Hongyi Zhang, Phys.org’a yaptığı açıklamada bu noktaya dikkat çekti.
Küçük dolanık durumların birbirine bağlanması için kullanılan bir süreç olan füzyonda (birleştirme), doğrusal optik sistemlerde yaygın olarak kullanılan geleneksel yöntemler genellikle olasılıksal çalışır; yani bazı denemeler başarısız olur. Tekrarlanan denemeler ve ek donanım, daha büyük durumların inşasını giderek zorlaştıran bir yük oluşturur.
Araştırmacılar, fotonları yok etmeden bağlamak için süperiletken devre kullanan bir strateji geliştirdi. Tek süreçte kocaman tek bir dolanık durum yaratmak yerine yaklaşım, önceden hazırlanmış küçük durumları birbirine bağlayarak daha büyük bir ağ kurar.
Bu yöntemin anahtarı, kuantum yıkılmayan ölçüm (quantum nondemolition measurement) olarak adlandırılan tekniktir. Fotonları soğuran veya yok eden bir ölçümden farklı olarak bu yöntem bilgi çıkarırken fotonların kendilerini korur. Deneyde ölçüm ayrıca çiftin ortak kuantum durumunu dönüştürerek araştırmacıların küçük graf durumlarını birbirine bağlanmasını sağlar.
“Füzyonun, kuantum yıklayanmayan ölçümü kullanarak deterministik hale getirilebileceğini sorduk. Amacımız, deterministik ve programlanabilir bir füzyon işlemi göstermek ve bunun daha büyük, yeniden yapılandırılabilir fotonik graf durumlarını kurmak için pratik bir yol sunabildiğini ortaya koymaktı,” dedi Zhang.
Araştırmacılar önce süperiletken devrelerle küçük, dolanık mikrodalga foton grupları üretti. Kuantum bilgisini fotonların farklı zaman dilimlerine kodlayarak bilginin ayrı varış zamanlarında taşınmasını sağladılar. Ardından kuantum yıklayanmayan dedektörü kullanarak seçili foton çiftlerini ölçtüler ve bunları Bell durumu olarak adlandırılan belirli bir dolanık duruma projelediler. Bu, küçük graf durumlarının fotonlar yok edilmeden bağlanmasını sağlar.
Ardından fotonların frekanslarını (frekans ayarlaması) ayararak hangi çiftlerin ölçüme tabi tutulacağını seçen araştırmacılar, küçük grafik durumların nasıl birleşeceğini kontrol eder. Bu da füzyon işlemini programlanabilir kılar.
Ekip, aynı zamanda dekoherans olarak adlandırılan çevreyle etkileşim aracında hassas kuantum özelliklerinin kaybolmasını sınırlamaya yardımcı olmak için süperiletken qubit’lerin aktif sıfırlanması ve yeniden kullanımı ile dahili hata azaltmayı sisteme dahil etti.
Bu yöntemle araştırmacılar 13 fotonik qubit’te gerçek çoklu dolanıklığı gösterdi. Bu, dolanıklığın tüm gruba yayıldığı anlamına gelir; yalnızca izole, küçük gruplarla sınırlı değildir. Başarı, füzyon işleminin daha büyük ve yeniden yapılandırılabilir fotonik graf durumları üretebileceğini ortaya koyar.
“Ana katkımız, deterministik, programlanabilir ve yıklayanmayan bir füzyon işlemidir,” dedi Zhang.
Büyük fotonik graf durumları, ölçüm tabanlı kuantum bilişimi destekleyebilir; burada hesaplamalar dolanık duruma dikkatlice seçilen ölçümler aracılığıyla yapılır. Ayrıca hem boyutun hem de graf durumlarının bağlantılığının önemli olduğu gelecek ölçeklenebilir kuantum ağları ve kuantum hata düzeltme_scheme’lerini ilerletmeye yardımcı olabilirler.
“Bu çalışma, fotonik graf durumlarını bağlayarak ölçeklendirmek için bir mimari sunar. Bu, gelecekteki ölçüm tabanlı kuantum bilişim, kuantum ağları ve potansiyel olarak kuantum hata düzeltme scheme’leri açısından önemlidir,” diye açıkl Zhang.
Bununla birlikte, 13 qubit’te dolanıklık göstermek, pratik ve büyük ölçekli bir kuantum bilgisayarı kurmakla aynı şey değildir. Sistemin aygıt doğruluğu, foton üretimi verimliliği ve dedektör performansı alanlarında iyileştirmelere ihtiyacı vardır. Bu nedenle araştırmıcılar şimdi daha fazla füzyon işlemi gerçekleştirebilen ve daha büyük, karmaşık graf durumları üreten çoklu-dedektör mimarilerini geliştirmeyi planlıyor.
Bu yaklaşımın gerekli performansı koruyarak verimli şekilde ölçeklenebileceği ise hâlâ görülecek bir konudur. Çalışma, Nature Physics dergisinde yayımlandı.
Bu Gelişmeyi Toplulukta Değerlendirin
Haber hakkındaki düşüncelerinizi, donanım deneyimlerinizi ve teknik sorularınızı topluluk üyeleriyle anlık olarak tartışın.
Söz sizde.
Deneyiminizi, sorularınızı ve katkılarınızı paylaşın. E-posta adresiniz yayımlanmaz.