Avusturyalı ve Çinli bilim insanları; ilk kez üç boyutlu kuantum hallerini ışınlamayı başardılar. Yüksek boyutlu ışınlanma gelecekteki kuantum bilgisayarlarda önemli bir rol oynayabilir.
Avusturya Bilimler Akademisi’nden ve Viyana Üniversitesi’nden araştırmacılar daha önce sadece teorik olguyu deneysel olarak gösterdiler. Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden kuantum fizikçileri, karmaşık yüksek boyutlu kuantum hallerini ışınlamayı başardılar.
Araştırmacılar, çalışmalrında; bir fotonun kuantum durumunu (hafif parçacık) başka bir uzaktaki kişiye aktardılar. Önceden, sadece iki seviyeli durumlar (“yarıklar”) iletilmişti, yani “0” ya da “1” değerlerine sahip bilgiler. Ancak, bilim insanları “qutrit”* denilen üç seviyeli ışınlamayı başardılar. Kuantum fiziğinde; klasik bilgisayar bilimlerinden farklı olarak, “0” ve “1”; “ya da /” değildir veya ikisi de aynı anda veya arada bir yerde mümkündür. Avusturya-Çin ekibi; şimdi bunu pratikte üçüncü bir olasılık olan “2” ile gösterdi.
Yeni Deneysel Yöntem
1990’lardan bu yana çok boyutlu kuantum ışınlamanın teorik olarak mümkün olduğu bilinmektedir.
Avusturya Bilimler Akademisi Kuantum Optik ve Kuantum Bilişim Enstitüsü’nden Manuel Erhard: “İlk olarak, yüksek boyutlu ışınlamanın uygulanması ve gerekli teknolojinin geliştirilmesi için deneysel bir yöntem tasarlamak zorunda kaldık.”
Işınlanacak kuantum durumu; bir fotonun alabileceği olası yollarda kodlanmıştır. Biri bu yolları üç optik fiber olarak görüntüleyebilir. En ilginç olarak; kuantum fiziğinde tek bir foton aynı anda üç optik fiberin hepsine de yerleştirilebilir. Bu üç boyutlu kuantum durumunu ışınlamak için araştırmacılar; yeni bir deneysel yöntem kullandılar. Kuantum ışınlamasının özü Bell Ölçümü’dür. Fotonları birkaç giriş ve çıkışa yönlendiren ve tüm optik fiberleri birbirine bağlayan çok portlu bir ışın ayırıcıya dayanır. Ek olarak, bilim insanları; yardımcı fotonlar kullandılar. Bunlar aynı zamanda çoklu ışını ayırıcıya da gönderildiler ve diğer fotonlara müdahale edebiliyorlar.
Belirli girişim modellerinin akıllıca seçilmesi yoluyla; kuantum bilgileri, fiziksel olarak etkileşime girmeden, ikisi de giriş fotonundan uzakta başka bir fotoya aktarılabilir. Deney kavramı üç boyutla sınırlı değildir. Ancak prensip olarak Erhard’ın vurguladığı gibi herhangi bir sayıda boyuta genişletilebilir.
Kuantum Bilgisayarlar İçin Daha Yüksek Bilgi Kapasitesi
Bununla birlikte, uluslararası araştırma ekibi; gelecekteki Kuantum İnterneti gibi pratik uygulamalara doğru da önemli bir adım attı. Çünkü yüksek boyutlu kuantum sistemleri; litrelerden daha fazla miktarda bilgi taşıyabiliyor.
Avusturya Bilimler Akademisi ve Viyana Üniversitesi Kuantum Fizikçisi Anton Zeilinger: “Bu sonuç kuantum bilgisayarları, bilgi yazma kapasitelerinin ötesinde, bilgi kapasitelerine bağlamaya yardımcı olabilir.”
Katılan Çinli araştırmacılar ayrıca çok boyutlu kuantum ışınlarında büyük fırsatlar görüyorlar.
Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Jian-Wei Pan: “Yeni nesil kuantum ağ sistemlerinin temelleri, bugün temel araştırmamız üzerine kuruludur.”
Gelecekteki çalışmalarda kuantum fizikçileri; tek bir foton veya atomun tüm kuantum durumunun ışınlanmasını sağlamak için, yeni kazanılmış bilginin nasıl genişletileceğine odaklanacaklar.
*Qutrit(Kuantum Trit): Üç karşılıklı ortogonal kuantum durumunun üst üste binmesi ile açıklanan, kuantum sistemi tarafından gerçekleştirilen bir kuantum bilgi birimidir.
