Kuantum sistemlerinin tuhaf bir özelliği, onları gözlemlemenin doğal olarak kuantum durumlarını değiştirmesidir. Daha doğrusu, ölçüm eylemi, bir kuantum sisteminde bulunan bilgiyi karıştırma ihtimaline sahiptir.
Şimdi, Güney Kore’deki fizikçiler, kuantum ölçümlerinde üç yönlü bir bilgi bölünmesini deneysel olarak göstererek bu fikri daha da geliştirdiler.
Sonuç ölçümler sırasında bilgi akışını anlama ve kuantum bilgi işleme için protokolleri optimize etme uygulamalarına sahip olabilir.
Teorisyenler daha önce ölçüm sırasında kuantum durumunda kodlanan bilgilerin ölçüm cihazı, ölçülen durum ve kurtarılabilecek bilgiler arasında bölündüğünü göstermişti.
Ölçücünün bilgileri, sistemi ölçerek elde ettikleri bilgiler olduğundan, çıkarılan bilgi olarak bilinir.
Ölçülen durumda kalan bilgi, iletilen (bozulmamış) bilgi olarak bilinir. Son olarak, ölçülen sistem üzerinde bir ters işlem gerçekleştirerek sistemin orijinal kuantum durumunu kurtarma şansı vardır. Durumu geri yüklemenin maksimum olasılığı, tersine çevrilebilir bilgi olarak bilinir.
Üç tür bilginin büyüklükleri, gerçekleştirilen kuantum ölçümünün türüne bağlı olarak değişir. Üçünün en iyi dengesi, ölçümün amacına bağlı olacaktır.
- Ölçüm yapana daha az bilgi verilmesi (Zayıf bir ölçüm)
- Ölçüm yapana daha fazla bilgi verilmesi (Fazla aktarılan bilgi)
- Daha az tersine çevrilebilir bilgi
Ölçüm türleri, üç bilgi türünün toplamının kuantum durumundaki bilgilerle nasıl karşılaştırıldığına göre daha da ayırt edilebilir. Optimal ölçümler, kuantum durumundaki toplam bilgiyi, üç tip arasında tamamen bölünecek şekilde korurken, optimal olmayan ölçümlerde bazı bilgiler kaybolur.
Bu kayıp bilgi, deneydeki gürültüden veya orijinal kuantum durumunun verimsiz tahminlerinden kaynaklanabilir. Yine de bazen kuantum ölçümünün kendisinde bulunur. Optimal olmayan ölçümlerdeki bu tür kaçınılmaz bilgi kaybı, klasik dünyanın kuantum ölçümlerinden nasıl ortaya çıktığı konusunda fikir verebilir.
Fotonları kullanarak üç yönlü bilgiyi koruma
Physical Review Letters’de yayınlanan deneysel çalışmalarında, Seongjin Hong ve Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü ve Kore İleri Araştırma Enstitüsü’ndeki meslektaşları, bir kuantum durumu hakkındaki bilgilerin bu üç bölüme nasıl ayrıldığını gösterdi.
Araştırmacılar, her bir fotonun üç olası durumdan birinde olabileceği, bilgiyi koruyan optimal ölçümleri deneysel olarak göstermek için fotonları kullandılar. Daha sonra, son durumlarını karakterize etmeden ve üç bilgi türü arasındaki nicel dengeyi göstermeden önce, fotonlar üzerinde ölçüm ve tersine çevirme işlemleri gerçekleştirmek için optik bileşenleri kullandılar.
Araştırmacılar “Optimal ölçümler için koşullar, ölçüme dayalı kuantum bilgi işleme protokollerinin optimal tasarımı için faydalı bir kılavuz sağlar” diyor. Örneğin, kuantum durumlarını ayırt etmek veya tahmin etmek için en iyi strateji, ölçümle elde edilen bilgiyi en üst düzeye çıkarmak ve durumun bozulmasını en aza indirmektir.
Alternatif olarak, kuantum ışınlama veya kuantum hata düzeltmesi gibi ölçümü tersine çevirmenin önemli olduğu görevler için, tersine çevrilebilirlik en üst düzeye çıkarılmalı ve bilgi kazancı en aza indirilmelidir.
Araştırmacı Lee ve Lim şimdi kuantum ölçümünde bilgi kaybıyla ilgili daha fazla çalışma planladıklarını söylüyorlar. Bu kaybın klasik ve kuantum dünyaları arasındaki geçişle nasıl ilişkili olduğunu çözmeyi umuyorlar. Sonuçlar, zaman içinde tersinmezliğin nasıl ortaya çıktığını açıklayan termodinamiğin ikinci yasasıyla da ilginç bağlantılara sahip olabilir.
Lee ve Lim, “Eşitsizliklerimizden biri, kuantum ölçümündeki bozulmanın, sonraki herhangi bir ters çevirme işlemiyle asla azalmadığını ima ediyor” diye açıklıyor.
Bozulmadaki ima edilen artışın “termodinamiğin ikinci yasasına göre sezgisel olarak makul” olduğunu ekliyor.
Kaynak: physicsworld
