Schrödinger’in Kedisi Silikon Çipin İçinde Oluşturuldu

UNSW mühendisleri gerçek dünyada iyi bilinen bir kuantum düşünce deneyi gerçekleştirdi. Keşifleri, kuantum hesaplamaları yapmak için yeni ve daha sağlam bir yöntem sağlamanın yanı sıra, çalışan bir kuantum bilgisayar geliştirmenin önündeki en önemli engellerden biri olan hata düzeltme konusunda da önemli çıkarımlar sağlıyor.

Yüzyılı aşkın bir süredir bilim insanları ve filozoflar kuantum mekaniğini anlamak için mücadele etmektedir. En iyi bilinen kuantum düşünce deneylerinden biri “Schrödinger’in kedisi ”dir – yaşamı ya da ölümü radyoaktif bir atomun parçalanmasıyla belirlenen bir kedi.

Kuantum mekaniğine göre, atom doğrudan gözlemlenmediği sürece, bozunmuş ve bozunmamış arasında bir süperpozisyonda, yani aynı anda birçok durumda görülmelidir. Bu da kedinin aynı anda hem ölü hem de canlı olduğu gibi tedirgin edici bir sonuca yol açar.

En güncel yazılarımıza buradan göz atabilirsiniz;

• Saat Hassasiyetini Artırmak İçin İyon Dizisi Kullanıldı
• Kuantum Köpüğü Erken Evren Enflasyonuna Katkı Sağladı mı?
• Heisenberg’in Belirsizlik İlkesini Plajda Keşfetmek

Nature Physics dergisinde yayınlanan araştırmayı yürüten ekibin lideri UNSW Profesörü Andrea Morello, “Hiç kimse aynı anda hem ölü hem de canlı olan gerçek bir kedi görmedi, ancak insanlar Schrödinger’in kedisi metaforunu büyük miktarda farklılık gösteren kuantum durumlarının süperpozisyonunu tanımlamak için kullanıyor” diyor.

Atomik Kedi

Morello’nun ekibi çalışmalarında tipik “kübit ”lerden ya da kuantum yapı taşlarından çok daha karmaşık olan bir antimon atomu kullandı. Makalenin başyazarı Xi Yu, “Bizim çalışmamızda ‘kedi’ bir antimon atomu” diyor. “Antimon, büyük bir manyetik dipole işaret eden güçlü bir nükleer spine sahip ağır bir atomdur. Antimonun spini sadece iki değil sekiz farklı yöne gidebilir. Bu çok fazla bir şey gibi görünmeyebilir, ancak sistemin davranışını önemli ölçüde etkiler.

“Antimon spininin zıt yönlere işaret eden bir süperpozisyonu sadece ‘yukarı’ ve ‘aşağı’ süperpozisyonu değildir, çünkü süperpozisyonun iki kolunu ayıran birden fazla kuantum durumu vardır.” Bunun, temel yapı taşı olarak bir atomun nükleer spini ile bir kuantum bilgisayar geliştirmek için çalışan bilim insanları için geniş kapsamlı etkileri vardır.

Yazarlardan Benjamin Wilhelm, “Normalde insanlar kuantum bilgisinin temel birimi olarak sadece iki kuantum durumuyla tanımlanan bir nesne olan kuantum biti ya da ‘kubit’i kullanırlar” diye yazıyor. “Eğer kübit bir spin ise, ‘spin aşağı’ ‘0’ durumunu, ‘spin yukarı’ ise ‘1’ durumunu ifade eder. Ancak, spinin yönü aniden değişirse, mantıksal bir hatayla karşılaşırız: 0 tek bir adımda 1 olur ya da tam tersi. Bu durum kuantum bilgisinin neden son derece kırılgan olduğunu açıklar.

Ölçeklenebilir Teknoloji

Antimon kedisi, bilgisayarlarda ve cep telefonlarında bulunanlara benzer, ancak tek bir atomun kuantum durumuna erişim sağlayacak şekilde değiştirilmiş bir silikon kuantum çipinde yer alıyor. UNSW’den Dr. Danielle Holmes cihazı inşa ederken, Melbourne Üniversitesi’nden araştırmacılar antimon atomunu implante etti. Holmes, “Atomik ‘Schrödinger kedisini’ bir silikon çipin içinde barındırarak, onun kuantum durumu ya da dilerseniz yaşamı ve ölümü üzerinde mükemmel bir kontrol elde ediyoruz” dedi.

“Dahası, ‘kediyi’ silikonda barındırmak, uzun vadede bu teknolojinin, bugün sahip olduğumuz bilgisayar çiplerini inşa etmek için benimsediğimiz yöntemlere benzer yöntemler kullanılarak ölçeklendirilebileceği anlamına geliyor.” Bu buluş, kuantum hesaplama yapmak için yeni yöntemlerin yolunu açması bakımından önemlidir. Veriler hala ikili kodlarla (0 veya 1) kodlanıyor, ancak mantıksal kodlar arasında daha fazla “hata payı” var. Profesör Morello, “Tek bir hata ya da birkaç hata bile bilgiyi hemen karıştırmaz,” diye uyarıyor.

“Bir hata meydana gelirse, bunu hemen fark eder ve daha fazla hata oluşmadan düzeltebiliriz. ‘Schrödinger’in kedisi’ metaforunu genişletecek olursak, kedimizin eve yüzünde büyük bir çizikle döndüğünü düşünün. Ölmedi ama bir kavgaya karıştığını biliyoruz; bu olay tekrarlanmadan ve kedimiz daha fazla yara almadan önce kavgayı kimin başlattığını bulabiliriz.” Ekibin bir sonraki hedefi, kuantum hesaplamanın “Kutsal Kasesi” olarak kabul edilen kuantum hata tespiti ve düzeltmesini göstermek.

Çalışma, dünya çapında kapsamlı bir işbirliğinin sonucuydu. Kuantum cihazları UNSW Sydney’den birçok yazarın yanı sıra Melbourne Üniversitesi’nden meslektaşları tarafından üretildi ve kontrol edildi. Amerika Birleşik Devletleri (Sandia Ulusal Laboratuarları ve NASA Ames’te) ve Kanada’daki (Calgary Üniversitesi’nde) teori işbirlikçileri, kedinin nasıl yapılacağı ve karmaşık kuantum durumunun nasıl değerlendirileceği konusunda paha biçilmez içgörülere katkıda bulundu. Morello, “Bu çalışma, birbirini tamamlayan uzmanlıklara sahip dünyanın önde gelen ekipleri arasındaki sınır ötesi işbirliğinin harika bir örneğidir” diyor.