Dolaşan qubitler kara delikleri incelemek için kullanılabilir mi

Fizikçiler, bir kara deliğin içindeki bilginin karıştırılmasını simüle etmek için yedi litrelik bir kuantum bilgisayar kullandılar ve bu tuhaf nesnelerin gizemli içlerini araştırmak için dolaşmış kuantum bitlerinin kullanılabileceği bir geleceğin habercisi oldu.

Karıştırma, madde bir kara deliğin içinde kaybolduğunda gerçekleşir. Bu konuyla ilgili bilgi – tüm bileşenlerinin kimlikleri, en temel parçacıklarının enerjisi ve momentumuna kadar – içerideki tüm diğer maddeler ve bilgilerle düzensiz bir şekilde karıştırılır, görünüşte geri alınmasını imkansız hale getirir.

Bu, “kara delik bilgi paradoksu” olarak adlandırılır, çünkü kuantum mekaniği, bu bilgi bir kara delik içinde kaybolduğunda bile, bilgilerin hiçbir zaman kaybolmadığını söyler.

Bu nedenle, bazı fizikçiler bir kara deliğin olay ufkundan düşen bilginin sonsuza dek kaybedildiğini iddia ederken, diğerleri bu bilginin yeniden yapılandırılabileceğini, ancak ancak çok fazla bir süre bekledikten sonra – kara deliğin neredeyse yarısına kadar küçülmesine kadar savunurlar. Orijinal boyutu Kara delikler küçülür, çünkü kara deliğin en ucundaki kuantum mekaniğindeki dalgalanmaların neden olduğu Hawking radyasyonu yayar ve son fizikçi Stephen Hawking’in ismini alır.

Ne yazık ki, güneşimizin kütlesinin bir kara deliğin buharlaşması yaklaşık 1067 yıl alacaktır – evrenin yaşından çok daha uzun.

Bununla birlikte, bu kara deliğin dışında bir boşluk (veya dahası, bir solucan deliği) bulunmaktadır. Kara delik ile yaydığı Hawking radyasyonu arasındaki ince boşlukları ölçerek bu infüzyon bilgisini önemli ölçüde daha hızlı bir şekilde elde etmek mümkün olabilir.

İki bilgi biti – kuantum biti kuantum biti veya kuantum gibi – kuantum bir bilgisayardaki kuantum bitleri – birbirine çok yakın bağlandıklarında birbirine karışırlar, birinin kuantum halinin ne kadar uzakta olduklarına bakılmaksızın otomatik olarak diğeri durumunu belirler. Fizikçiler bazen bunu “uzak mesafedeki ürkütücü eylem” olarak adlandırırlar ve dolandırılmış kubitlerin ölçümleri kuantum bilgisinin bir kubitten diğerine “ışınlanmasına” yol açabilir.

UC Berkeley fizik profesörü yardımcısı Norman Yao, “Dışarı çıkan bu Hawking fotonları üzerinde büyük miktarda kuantum hesaplaması yaparak kara deliğe bırakılan bilgiyi kurtarabiliriz” dedi. “Bunun gerçekten, çok zor olması bekleniyor, ancak eğer kuantum mekaniğine inanılıyorsa, prensipte mümkün olması gerekir. Burada tam olarak ne yaptığımız budur; yedi-bit kuantum bilgisayar. “

Dolaşan bir kuyuyı bir kara deliğe düşürerek ve ortaya çıkan Hawking radyasyonunu sorgulayarak, kara deliğin içindeki bir kubbenin durumunu teorik olarak belirleyebilir ve uçuruma bir pencere açabilirsiniz.

Yao ve Maryland Üniversitesi’ndeki meslektaşları ve Waterloo, Ontario, Kanada’daki Çevre Teorik Fizik Enstitüsü, sonuçlarını Nature dergisinin 6 Mart sayısında çıkan bir bildiriyle bildireceklerdir.

Işınlanma

Kuantum kaosun doğasını anlamakla ilgilenen Yao, çevre enstitüsündeki bir teorisyen arkadaş ve meslektaşım Beni Yoshida’dan, kara deliğe bilgi çabucak karıştırıldığında, kara deliğe düşen kuantum bilgisinin toplanmasının mümkün olduğunu öğrendi. Kara delik boyunca ne kadar iyice karıştırılırsa, bilgi ışınlanma ile o kadar güvenilir bir şekilde elde edilebilir. Bu görüşe dayanarak, Yoshida ve Yao geçen yıl kuantum bilgisayarda şifrelenmeyi kanıtlamak için bir deney önerdiler.

Yao, “Protokolümüzle, yeterince yüksek bir ışınlanma doğruluğunu ölçerseniz, kuantum devresinde çırpma işleminin olduğunu garanti edebilirsiniz.” Dedi. “Öyleyse dostum Chris Monroe’yu çağırdık.”

Dünyanın önde gelen tuzak-iyon kuantum bilgi gruplarından birine başkanlık eden College Park’taki Maryland Üniversitesi’nden fizikçi olan Monroe, denemeye karar verdi. Grubu, Yoshida ve Yao tarafından önerilen protokolü uyguladı ve zamanın dışında bir korelasyon işlevi etkin bir şekilde ölçtü.

OTOC olarak adlandırılan bu tuhaf korelasyon fonksiyonları, belirli vuruşlar veya pertürbasyonların ne zaman uygulandığındaki zamanlamasında farklı olan iki kuantum durumu karşılaştırılarak oluşturulur. Anahtar, ikinci vuruşun ilk vuruş üzerindeki etkisini anlamak için zaman içinde ileri ve geri kuantum bir durumu geliştirebiliyor.

Monroe’nın grubu, yedi litre hapsolmuş bir iyon kuantum bilgisayarında üç litrelik bir karıştırma kuantum devresi yarattı ve OTOC’nin sonuçta ortaya çıkan bozulmasını karakterize etti. OTOC’nin çürümesi, tipik olarak, çırpılmanın gerçekleştiğinin güçlü bir göstergesi olarak kabul edilirken, OTOC’nin, sadece zayıf bir şekilde korunmadığını, yani bozulmadan ötürü bozulmadığını göstermek zorunda olduklarını kanıtlamak zorunda olduklarını kanıtlamak için kuantum devletlerinin de parçalanmasına neden olan dış dünyanın gürültüsü.

Yao ve Yoshida, dolaştırılan veya iletilen bilgiyi elde etmenin doğruluğu arttıkça, OTOC’da meydana gelen çırpma miktarına daha katı bir sınır koyabileceklerini kanıtladı.

Monroe ve meslektaşları, yaklaşık yüzde 80’lik bir ışınlanma doğruluğunu ölçtüler; bu da kuantum durumunun belki de yarısının karıştığını ve diğer yarısının decoreence ile bozulduğunu gösterir. Yine de, bu gerçek üçleme kuantum devresinde gerçek bir karıştırmanın gerçekleştiğini göstermek için yeterliydi.

Yao, “Protokolümüz için olası bir uygulama, kuantum işlemcilerde daha karmaşık gürültü ve decoreence formlarını teşhis etmek için bu tekniği kullanabileceği kuantum bilgisayarların kıyaslaması ile ilgilidir” dedi.

Yao ayrıca, farklı bir kuantum sisteminde, süper iletken qutritleri karıştırmayı göstermek için Irfan Siddiqi liderliğindeki bir UC Berkeley grubuyla birlikte çalışıyor: iki durumdan ziyade üç durumlu kuantum bitleri. Bir UC Berkeley fizik profesörü olan Siddiqi, ayrıca Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nda ileri bir kuantum hesaplama test yatağı oluşturma çabasına da yol açtı.

“Özünde, bu bir qubit veya qutrit deneyi, ancak onu kozmoloji ile ilişkilendirebiliriz çünkü kuantum bilgisinin dinamiğinin aynı olduğuna inanıyoruz” dedi. “ABD milyar dolarlık bir kuantum girişimi başlatıyor ve kuantum bilgisinin dinamiklerini anlamak, bu girişimdeki birçok araştırma alanını birleştiriyor: kuantum devreleri ve hesaplama, yüksek enerji fiziği, kara delik dinamikleri, yoğun madde fiziği ve atomik, moleküler ve optik Fizik. Kuantum bilgisinin dili, tüm bu farklı sistemleri anladığımız için yaygınlaştı. ”

Diğer yazarlar, Yao, Yoshida ve Monroe dışında, UC Berkeley’in lisansüstü öğrencisi T. Schuster ve K. A. Landsman, C. Figgatt ve Maryland’in Ortak Kuantum Enstitüsü’nden N. M. Linke’dir. Çalışma Enerji Bakanlığı ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz