Kuantum teknolojilerine yönelik beklentiler artarken, bilim insanları fotonik bir sistemde ilk kez kanıtlanmış kuantum avantajını ortaya koydu. Danimarka Teknik Üniversitesi’nin (DTU) ABD, Kanada ve Güney Kore’den ortaklarla yürüttüğü çalışma, dolaşık ışığın bir kuantum sisteminin ‘gürültü parmak izini’ öğrenmek için gereken ölçüm sayısını dramatik biçimde azalttığını gösterdi.
DOLAŞIK IŞIK AVANTAJI
Ekip, klasik yaklaşımlara kıyasla çok daha kısa sürede, gürültülü bir kuantum sisteminin davranışını belirleyebilen bir optik düzenek kullandı. Bulgular, fotonik dünyada deneysel olarak doğrulanmış ilk ‘kuantum avantajı’ olarak nitelenirken, basit bir optik kurulumla elde edilen bu üstünlüğün, algılama ve makine öğrenimi gibi uygulama alanlarında yeni yöntemleri teşvik edebileceği vurgulandı.
GÜRÜLTÜ PARMAK İZİ
Klasik karakterizasyonda, bir fiziksel cihazın gürültüsünü anlamak için tekrarlı ölçümler zorunlu. Kuantum cihazlarda ise ölçümlerin doğasına kuantum gürültüsü gömülü olduğu için, sistem büyüdükçe gerekli denemelerin sayısı üstel biçimde artıyor. Araştırma ekibi, kontrol edilebilir bir süreç üzerinde çalışarak, dolaşıklığın ölçüm gereksinimini azaltıp azaltmadığı sorusuna odaklandı ve cevabın açık farkla ‘evet’ olduğunu gösterdi.
15 DAKİKADA ÖĞRENME
Deneysel sonuçlara göre, kurulan optik sistem, hedef davranışı yaklaşık 15 dakikada öğrenirken, benzer bir klasik yöntemin aynı başarımla yaklaşık 20 milyon yıl sürecek ölçüm gerektirdiği hesaplandı. Deney, DTU Fizik’in bodrum katındaki laboratuvarında, telekom dalga boylarında çalışan standart optik bileşenlerle yapıldı. Düzenekteki olağan optik kayıplara rağmen üstünlük korunurken, avantajın kusursuz ekipmandan değil, ölçüm yönteminden kaynaklandığı özellikle belirtildi.
SIKŞTIRMA VE KARŞILAŞTIRMA
Kurulum, birden fazla ışık darbesinin aynı gürültü desenini paylaştığı optik bir kanal üzerine kuruldu. İki ışık huzmesi, önce sıkıştırma ile dolanık hale getirildi; bunlardan biri sistemi araştırırken, diğeri referans görevi gördü. Ortak ölçüm tekniği, iki huzmeyi tek çekimde karşılaştırarak gürültünün büyük bölümünü iptal etti ve deneme başına bilgi verimini klasik yaklaşımların üzerine taşıdı.
TEORİDEN DENEYE
Gösterim, ekibin 2024 tarihli ‘Bozonik Rastgele Yer Değiştirme Kanalını Öğrenmek İçin Dolaşıklık Etkinleştirilmiş Avantaj’ başlıklı çalışmasında ortaya konan kuramsal temelleri deneyle doğruluyor. Araştırmacılar, şu aşamada belirli bir gerçek dünya sistemi hedeflemediklerini; ancak sonucun kuantum fizikçilerin uzun süredir peşinde olduğu ‘klasiğin başaramayacağı şeyi kuantumla yapmak’ hedefini somut biçimde doğruladığını vurguluyor.
UYGULAMA UFUKLARI
Elde edilen kuantum avantajı, kuantum algılama, yüksek hassasiyetli ölçüm, gürültü modelleme ve kuantumla destekli makine öğrenimi gibi alanlarda doğrudan etkiler yaratabilir. Standart telekom bileşenleriyle gerçekleştirilen kurulumun pratikliği, gelecekte entegrasyon ve ölçeklenebilirlik açısından ekosisteme düşük bariyerli bir yol sunuyor.
