Kuantum fizikçilerinin karşılaştığı en önemli zorluklardan biri, mevcut bilgisayarlarımızın üstesinden gelemediği sorunları çözebilecek kadar güçlü bir kuantum bilgisayarı inşa etmektir. İşlevsel bir kuantum simülatörü ya da özel bir tür kuantum bilgisayarı, evrenin en düşük ölçeklerdeki işleyişine dair yeni bilgiler ortaya çıkarabilir.
Kuantum Hesaplamaya Yeni Bir Yaklaşım Physical Review Letters Yayınlandı
Delft Teknoloji Üniversitesi’nden kuantum bilimci Natalia Chepiga, bu cihazların daha karmaşık kuantum sistemlerini modelleyebilmeleri için nasıl modifiye edileceğine dair bir kılavuz hazırladı. Physical Review Letters dergisinde de çalışmalarını yayınladı.
Araştırmacı Natalia Chepiga’ya göre, günümüzde kuantum bilimindeki en önemli ve en çok tartışılan konulardan biri, uygarlığı tamamen dönüştürme potansiyeline sahip pratik kuantum bilgisayarların ve simülatörlerin geliştirilmesidir.
Bir tür kuantum bilgisayarı bir kuantum simülatörüdür. Chepiga’ya göre, “Kuantum simülatörleri, doğal dünya hakkındaki bilgilerimizi ilerletmek amacıyla çözülmemiş kuantum fiziği gizemlerinin üstesinden gelmek için tasarlanmıştır.
Kuantum Bilgisayarlarının Kullanım Alanları
Kuantum hesaplama, veri depolama, şifreleme ve finans dahil olmak üzere sosyal yaşamın birçok alanında yaygın olarak kullanılacaktır.
Chepiga’ya göre bir kuantum simülatörünü yönetme veya manipüle etme becerisi çok önemlidir. “Direksiyon kolonu olmayan bir araç düşünün. Dönemez; sadece ileri doğru hareket edebilir. Bunun bir faydası var mı? Belirli bir rotada ilerlemeniz gerekmediği sürece yanıtınız ‘Hayır!’ olacaktır.
Yakın gelecekte yeni fizik olaylarını ortaya çıkarabilecek bir kuantum bilgisayarı inşa etmeyi umuyorsak, ilginç görünen şeyleri ayarlamak için bir ‘direksiyon simidi’ oluşturmak gereklidir. Makalemde tamamen kontrol edilebilir bir kuantum simülatörü inşa eden bir protokol sunuyorum.
Protokol, bir kuantum simülatörünün ayarlanabilir çalışması için gerekli bileşenlerin bir listesi olan bir reçetedir. Kuantum simülatörünün geleneksel konfigürasyonunda sezyum (Cs) ya da rubidyum (Rb) atomlarını hedeflemek için tek bir lazer kullanılır. Bu parçacıklar böylece elektronları emecek ve sonuç olarak daha enerjik hale geleceklerdir; uyarılmış olacaklardır.
Chepiga, farklı frekanslara veya renklere sahip iki lazer kullanıp bu atomları farklı durumlara uyarırsak kuantum simülatörlerini çok çeşitli ayarlara ayarlayabileceğimizi gösterdim, diye ekliyor.
Ekstra bir simüle edilebilirlik düzeyi de protokol tarafından sağlanıyor. Chepiga, şimdiye kadar bir küpe dair gördüğünüz tek şeyin düz bir kağıt üzerindeki bir çizim olduğunu varsayalım diyor. Şimdi elinizde döndürebileceğiniz, dokunabileceğiniz ve birçok yönden inceleyebileceğiniz gerçek bir 3D küp olduğunu hayal edin. Daha fazla lazer eklemek teorik olarak daha da fazla boyut eklememize olanak sağlayabilir.
Kuantum Bilgisayarlarda Parçacık Simülasyonu
Chepiga’ya göre, çok sayıda parçacığı olan bir kuantum sisteminin kolektif davranışını simüle etmek oldukça zordur. Standart bilgisayarımızla veya bir süper bilgisayarla modelleme yapmak, birkaç yüz parçacığın ötesinde yaklaşımlar gerektirir. Ek parçacıkların etkileşimi, sıcaklık ve hareket göz önünde bulundurulduğunda bilgisayarın üstesinden gelemeyeceği kadar çok hesaplama vardır.
Kuantum parçacıkları kuantum simülatörlerini oluşturduğundan, tüm parçaları dolaşıktır. Kuantum parçacıkları birbirleriyle dolanıklık olarak bilinen bir süreç aracılığıyla iletişim kurarlar. Simülatörün doğasında var olan bir özellik olduğu için bu hesaplama engelinin ortadan kaldırılmasını sağlar.
Kaynak: phys.org/news/2024-02-quantum.html
