Yeni Kuantum Fazının Keşfi, Kuantum Bilgisayarlarının Hatalarını Düzeltebilir

Aşırı soğuk altında, nesnelerin boyutu küçüldükçe alışılmış fizik bozulmaya başlar ve maddenin egzotik hallerine geçmesine sebep olur. Ancak bu koşullar altında gözlemlediğimiz tüm tuhaflıklara rağmen teori çoğu zaman pratiğin çok ötesine geçer. Kuantum fazları olarak bilinen maddenin halleri, elde edilmeden çok önce tahmin edilmiştir. İki ekip daha önce görülmemiş bir kuantum dolanıklık biçimini, teorisyenlerin varlığını tahmin etmesinden on yıllar sonra, birbirinden bağımsız olarak Science dergisinin aynı sayısında yayınladı. Bu çalışma, kuantum bilgi programlamasındaki ilerlemelerle mümkün oldu ve kuantum bilgisayarlarının daha güvenilir ve daha pratik hale getirmenin kapılarını açabilir.

Kuantum bilgisayarlar potansiyel olarak geleneksel bilgisayarların çok ötesinde güçlere sahiptir. Arama problemlerini ve kriptografiyi milyonlarca kat daha hızlı gerçekleştirebilirler. Kuantum bilgisayarlarındaki ilerleme şimdi neredeyse haftalık olarak duyurulsa da, temel sorunlar devam ediyor. Özellikle kuantum bilgisayarları hatalara karşı duyarlıdır ve hata düzeltmeyi zorunlu kılar. Hataları tespit etmenin bir yolu, zaman geriye doğru aktığında da aynı şekilde davranmak olarak tanımlanan zaman-ters simetrisidir.

Google Quantum AI'dan Dr Kevin Satzinger liderliğindeki bir ekip, kuantum hata düzeltmesine uygun iki boyutlu bir kafes yapmak için Google'ın Sycamore kuantum işlemcisini kullandı. Bu işlemcinin 2019'da en güçlü süper bilgisayarları bile geride bırakılan ilk kuantum cihazı olduğu iddia edilmişti.

Satzinger ve ortak yazarların çalışmaları, atom altı parçacıkların fiziksel özelliklerinin birbirleriyle o kadar ilişkili hale geldiği ve bağımsız olarak tanımlanamayacakları kuantum dolanıklığa dayanıyor. Dolanıklık, 20. yüzyıl fiziğinin en büyük şoklarından biri olmasına rağmen Einstein tarafından ünlü bir şekilde reddedilip alay konusu olmuştu. Ancak dolanıklık, daha fazla parçacık veya daha büyük mesafeler içererek, giderek daha gelişen dolanık durumlar yarattı.

Satzinger'in makalesine eşlik eden bir perspektifte, Sydney Üniversitesi'nden Profesör Stephen Bartlett, “topolojik olarak sıralı” olarak bilinen kuantum fazları sınıfını tanımladı. Bartlett, bunların bileşenler arasındaki uzun mesafeli dolanıklık olduğunu açıkladı; “Sürekli yerel bozulmalar altında değişmez.” Yerel etkilere duyarlı olmamak, bu tür fazları hatalara karşı sağlam kılmalıdır, ancak şimdiye kadar topolojik olarak sıralı fazların özelliklerini araştırmak yalnızca zaman simetrik olmayan fazlarda mümkün olmuştu.

Satzinger ve ortak yazarlar, Sycamore'un hem hatalardan korunan hem de tekrar okunabilen bir kuantum programı çalıştırdığını, bunun tekrarlanabilir ve zaman simetrik olduğunu bildirdi.

Aynı baskıda Harvard Üniversitesi'nden Dr Giulia Semeghini benzer bir sonuca giden farklı bir yol tarif etti. "optik cımbız" (atomları pozisyona iten lazerler) kullanarak 219 rubidyum atomunu iki boyutlu bir kafeste düzenleyerek kuantum spin sıvısı yaptı. Kuantum spin sıvısı, manyetik bir malzeme içindeki, kuantum spin ile etkileşimi olan ve sıradan manyetik düzeni olmayan bir madde fazıdır. İlk kuantum spin sıvısı beş yıl önce yaratıldı, ancak maddenin bu egzotik halleri, özelliklerini keşfetme çabalarımıza direndi. Semeghin, kendisinin ve ortak yazarlarının yarattığı versiyonu "kuantum hesaplamada bir rüya" olarak tanımladı.

Kıdemli yazar Profesör Mikhail Lukin, "Bu egzotik duruma gerçekten dokunabilir, delik açabilir ve dürtebilir ve özelliklerini anlamak için onu manipüle edebilirsiniz. Bu, insanların asla gözlemleyemediği yeni bir madde halidir" dedi.

Bartlett, “Genellikle olduğunun aksine, İki deney de yeni materyaller kullanılarak gerçekleştirilmedi. Sonuca sanal olarak kuantum işlemcilerle ulaşıldı.” diye ekledi. Bu işlemciler bileşen yapılarının yanında olmayan bileşenlerle oluşturduğu donıklık durumunun oluşturduğu topolojik sıralamayı ölçer.

Genellikle olduğu gibi, yeni malzemeler kullanılarak hiçbir deney gerçekleştirilmedi. Bunun yerine, başarı sanal olarak kuantum işlemcilerle gerçekleştirildi. Bu işlemciler, yapıların bileşenlerinin yanlarında olmayan öğelerle karışma şeklini ölçerek topolojik düzen oluşturur.

Bartlett, her iki deneydeki hata düzeltmesinin kuantum bilgisayarların pratik kullanımı için gerekli olanın çok altında kalmasına rağmen, her birinin bu amaca yönelik önemli bir adımı temsil ettiğini belirtti.

Kaynak:
https://www.iflscience.com/physics/new-quantum-phase-discoveries-could-help-correct-quantum-computers-errors/