Klonlama yapılmaması teoremi sayesinde kuantum bilgisayarlarda tutulan bilgilerin kopyalanmasının imkansız olduğu düşünülüyordu, ancak araştırmacılar artık bir geçici çözüm buldular
Kuantum bilgisayarlarda bilgilerin yedeklenmesi zordur
Kuantum mekaniğinde kuantum bilgisinin kopyalanamayacağı fikri katıdır – ya da en azından öyleydi. Kuantum bilgisayarların temel birimleri olan kübitleri yedeklemeye yönelik şaşırtıcı bir yaklaşım, bu temel fizik yasasının gözden kaçmasına olanak tanıyor gibi görünüyor.
Klonlamama teoremi ilk olarak 1980’lerde araştırmacılar tarafından keşfedildi. Bir sistem hakkındaki tüm bilgileri tanımlayan kuantum durumlarının kopyalanamayacağını söylüyor. Kopyalamak için bilgiyi ölçmeye çalışmak, ölçmek istediğiniz hassas kuantum özelliklerini yok eder. Bu gerçeğin, şifreleme gibi kuantum teknolojileri için önemli olduğu kanıtlandı ve bilginin kopyalanmasını ve saldırıya uğramasını önleyen basit protokollerin ortaya çıkmasına yol açtı.
Kanada’daki Waterloo Üniversitesi’nden Achim Kempf ve Japonya’daki Kyushu Üniversitesi’nden Koji Yamaguchi, bir kuantum sisteminin, bilgi şifrelendiği ve özel, tek seferlik bir şifre çözme anahtarıyla çevrelendiği sürece aslında klonlanabileceğini gösterdi.
Kempf, “Bu şekilde çok sayıda kopya oluşturabilir ve artıklık oluşturabilirsiniz, ancak kopyaları şifrelemeniz gerekir ve şifre çözme anahtarı yalnızca bir kez kullanılabilir” diyor. “Bu, onu klonlamama teoremi ile uyumlu hale getiriyor, çünkü bir kubitin yalnızca bir tane açık, belirgin, okunabilir, şifrelenmemiş kopyasının olabileceğini söylüyor.”
Kempf ve Yamaguchi bu şaşırtıcı sonuca görünüşte ilgisiz bir sorun üzerinde çalıştıktan sonra ulaştılar: kuantum Wi-Fi veya radyo istasyonunun nasıl çalışabileceği. Bu, geleneksel klonlama yapılmaması teoremi altında imkansız olan bir şeydir çünkü birden fazla alıcı aynı kuantum bilgisini alır.
Ancak ikili, rastgele dalgalanmaların veya gürültünün, alıcıların gördüğü bilgi kopyalarını nasıl etkileyeceğine baktıklarında sistemlerinin işe yarayabileceğini fark ettiler. “Düşündük, ne oluyor? Kuantum gürültüsü neden klonlamanın olmadığı teoremiyle çelişiyor gibi görünüyor?”
Sorunu daha dikkatli analiz ettikten sonra, gürültünün etkili bir şifreleme mekanizması gibi davrandığını, orijinal mesajı bozduğunu ancak bunun tersine çevrilebileceğini fark ettiler. Eğer bu kasıtlı olarak yapılmışsa, bir araç olarak kullanılabilir.
Bu sonucu teorik olarak kanıtladıktan sonra ikili ve diğer meslektaşları, bu protokolün gerçek bir IBM Heron 156-qubit kuantum hesaplama işlemcisi üzerinde çalışabileceğini gösterdiler.
Teknik, günümüzün kuantum bilgisayarlarında her yerde bulunan hatalara ve gürültüye karşı oldukça dirençli olduğu için ekip, süreci tekrar tekrar tekrarlayarak tek kübitlerin yüzlerce şifrelenmiş klonunu oluşturabileceklerini buldu. “Aslında IBM işlemcisinin boş alanı bitti. Yalnızca 156 kübit barındırıyor ancak (hatalar) bizi durdurmadan önce 1000’den fazla şifrelenmiş klon yapabileceğimizi tahmin ettik.”
Kempf, klonlama yapmama teoremindeki bu değişikliğin kuantum bulut depolama veya bilgi işlem hizmeti için kullanılabileceğini söylüyor. Kempf, “Dropbox’a bir dosya gönderirseniz, verileriniz coğrafi olarak ayrılmış üç farklı bilgisayara en az üç kez kaydedilir; böylece biri yangına, diğeri sel baskınına maruz kalırsa, üçüncüsünün hayatta kalma şansı oldukça yüksektir” diyor. “Eskiden bunu kuantum bilgiyle yapamayacağınız düşünülürdü çünkü onu klonlayamazsınız. Ama biz bunu yapabileceğinizi gösterdik.”
Oxford Üniversitesi’nden Aleks Kissinger, “Bu ilginç bir kuantum şifreleme protokolü” diyor ve iletilen bilgilerde bir miktar fazlalığa ihtiyaç duyduğunuz kuantum iletişiminde kullanım alanlarına sahip olabilir. Ancak bunun orijinal klonlama yapılmaması teoremini etkilemediğini çünkü Kempf ve ekibinin yönteminin açıkça klonlama olmadığını söylüyor. Kissinger, “Klonlamadan çok, (kuantum) durumunun diğer birçok tarafa yayılması, bu taraflardan herhangi birinin daha sonra onu geri alabileceği şekilde yaymak” diyor. “Bu akıllıca bir numara ama ben şahsen buna klonlama demiyorum.”
Kempf de aynı fikirde. “Bu klonlama değil. Şifreli klonlama” diyor. “Bu sadece klonlama yapılmaması teoreminin geliştirilmiş hali.”
