Yirmi birinci yüzyıldaki kuantum araştırmacıları, büyük ölçüde etkileşim ve iletişim gerektiren uluslararası bir ağın parçasıdır. Her gün konuyla ilgili yüze yakın yayın üretiliyor ve çoğunlukla birbirleriyle yakın işbirliği içinde çalışan yazarlar tarafından üretiliyor. Yeni gelişmeler ve keşifler, genellikle sadece birkaç hafta içinde hızla alana entegre edilir. Araştırmacılar derhal bu bulguları yenilikçi fikirlerle geliştirmeye devam ediyor. Kuantum mekaniğinin ilk gelişiminin yüzüncü yıldönümünü kutlayan kuantum teorisi alanındaki günlük yaşam böyle görünüyor.
Bu dönüm noktasının onuruna UNESCO, 2025 yılını Uluslararası Kuantum Bilimi ve Teknolojisi Yılı ilan etti. Bu özel yıldaki en son keşiflerden biri, Freie Universität Berlin’de profesör olan kuantum fizikçisi Jens Eisert liderliğindeki uluslararası bir araştırma grubundan geliyor. Grup’şaşırtıcı bulguları bilim insanlarına önemli katkı sağladı’ kuantum dolaşıklığının anlaşılması.
“Sınırlı Hesaplamalı Kaynaklarla Dolaşma Teorisi” adlı çalışmaları yakın zamanda dergide yayınlandı. Doğa Fiziği. Makale, pratikte kuantum mekaniğindeki korelasyonları ölçmek için kullanılan yerleşik yöntemin tam olarak daha önce varsayıldığı gibi çalışmayabileceğini gösteriyor.
1920’lerde fizikçiler, o zamandan beri fizikte temel bir teori haline gelen kuantum mekaniğinin temelini attılar. Kuantum teorisi, madde ve ışığın atom ve foton gibi en küçük ölçekteki davranışını açıklamayı amaçlamaktadır. Klasik fiziğin aksine, bu parçacıklar aynı anda farklı durumlarda var olabilir ve çok uzak mesafelerde birbirlerine “dolaşık” olabilirler. Dolaşıklık teorisi kuantum mekaniğinin merkezi bir yönüdür ve bilgisayar çipleri, lazerler ve kuantum bilgisayarlar gibi birçok modern teknolojik ilerlemenin yolunu açmıştır. Aynı zamanda güvenli iletişimin geliştirilmesinde ve kuantum materyallerinin anlaşılmasında da etkili olmuştur.
Yakın zamana kadar, dolanık kuantum durumlarının laboratuvar ortamlarında yerellik dışında hiçbir kısıtlama olmadan tamamen genel kuantum operasyonları gerçekleştirilirken etkili bir şekilde korunabileceği ve manipüle edilebileceği bilim adamları arasında yaygın bir varsayımdı. Ancak son araştırmalar, kuantum dolanıklığın pratik uygulamalarının, özellikle de kuantum hesaplamanın, önceden inanıldığından daha sınırlı olduğunu öne sürüyor. Bu, koşullar ideal olsa bile hesaplama kısıtlamalarına bağlanabilir.
Eisert, “Uzun bir süre boyunca dolanıklık anlayışımız idealize edilmiş varsayımlar üzerine inşa edildi” diyor. “Çalışmamız artık gerçekçi, yani verimli koşullar altında gerçekleştirildiğinde önemli kuantum hesaplama ölçümlerinde temel tutarsızlıkların ortaya çıktığını gösteriyor.”
Bu gerçekleşme, araştırmacı ekibinin kuantum fiziğinde iki önemli rakamı ortaya koymasına yol açtı: hesaplamalı damıtılabilir dolaşıklık ve hesaplamalı dolaşıklık maliyeti. Bu iki rakam, belirli sınırlı koşullar altında, dolaşmış bitler (ebitler) biçiminde kuantum durumlarındaki dolaşma oranlarını ölçer.
Çalışma bilim adamlarını temelden değiştirebilir’ kuantum bilginin nasıl işlendiğinin anlaşılması ve bu görevlerin yerine getirilmesinde hesaplama kaynaklarının dikkate alınmasının öneminin vurgulanması. Buna ek olarak, kuantum hesaplamada verimliliği çevreleyen mevcut sorunlara yönelik, yalnızca donanım sorunlarının ötesinde, potansiyel yeni bir çözüm sunuyor. Bu yaklaşım, hesaplamalı işlemlerin karmaşıklığı ve zorluğuyla ilgilenen teorik bilgisayar bilimi ile doğayı anlamaya çalışan fizik arasında yeni bir bağlantı kuruyor.
Eisert ayrıca sonuçlarının kuantum teorisinde şimdiye kadar gözden kaçan belirli bir çelişkiye işaret ettiğini belirtiyor. “Görünüşe göre iki önemli araştırma alanı, yani dolanıklık teorisi uzmanları ve kuantum algoritma uzmanları birbiriyle yeterince iletişim kurmuyor” diyor.
Tam da bu tür bir alışveriş, mevcut çalışmalarının merkezinde yer alıyor; bu da heyecan verici araştırma sorularının sıklıkla alanlar arasındaki bu temas noktalarında ortaya çıktığını vurguluyor veya Eisert’in belirttiği gibi, ” ‘kültürel boşluklar’ ya da yerleşik bilginin tektonik fay hatları boyunca. Kuantum teorisi burada bir istisna değildir.”
