Kuantum teknolojilerine pek çok alanda rastlıyoruz: Bilgisayarlar, sensörler, kriptografi sistemleri, simülasyonlar, görüntüleme sistemleri gibi. Tüm bu ve ileride geliştirilecek buna benzer kuantum sistemlerde değişmeyen bir ortak nokta olacaktır. Kesinlikle atomlar ya da fotonlar gibi fiziksel sistemler üzerinde güvenilir bir kontrol sağlama aşamasına ulaşmış olmak gerekir.

Kuantum sistemleri arzu edilen kuantum durumuna getirmek için sıkça kullanılan yöntem "kuantum adyabatik süreç"tir. Ancak bu süreçler o kadar uzun sürer ki, çevresel gürültü kuantum durumun eşdurumluluğunun bozarak, kuantumluluğunu yitirmesine yol açar. Kuantum durum hazırlama sürecini hızlandırmak ve eşdurumluluktaki bozulmayı en aza indirmek için fizikçiler "adyabatik kısayol (İng. shortcuts to adiabaticity - STA)" adını verdikleri bir yola da sahip. Bu terim, adyabatik olmanın yararlarını koruyarak adyabatik süreçlerden daha kısa zamanda kuantum durum hazırlayan süreçleri ifade ediyor. İlk önce tek parçacıklı basit sistemler için geliştirilen yöntem, yakın zamanda çok cisimli sistemlere de uygulanacak biçimde geliştirildi. Fakat çok cisimli sistemlere yöntemin uygulanması bu tür sistemlerin içsel karmaşıklıklarından ötürü hâlâ yeterince kolaylaştırılabilmiş değildi.

Şimdi yeni bir çalışmanın ürünü olarak Physical Review Letters dergisinin son sayısında yayımlanan makalelerinde, İngiltere Queen Üniversitesi'nden fizikçi Steve Campbell ve ekibi geliştirdikleri hibrid metodu açıkladı. Yeni yöntem, çok cisimli sistemleri için kuantum durumlarının hazırlanmasında adyabatik kısayol sürecindeki kontrolü optimize ediyor. Sağladığı en önemli avantaj, sistem mekanizmasının işleyişine ilişkin eksiksiz bilgi gerektirmeden STA performansını kusursuza yakın bir noktaya çekebilmesi. Böylece düşük maliyetle kuantum durum hazırlığını hızlandırabilmenin mümkün olduğunu gösteriyor.

Araştırmacılar kuantum kısayolu yani STA sürecini, işyerine ulaşmak için en yüksek hızda gidebileceği yolu seçen bir sürücü örneğiyle açıklıyorlar. Normal yoldan giden bir sürücünün işe ulaşacak olmasına rağmen trafiği çekmemek adına ücret ödeyerek paralı yoldan gitmeyi seçmesi örneğindeki arabayı kuantum sistemi olarak düşünelim. Sistem bir durumda (evin orada olmak) ve bir başka kuantum durumuna (işyerinin orada olmak) geçiş yapmak istiyorsunuz. İki seçeneğiniz var: Ücretsiz yoldaki trafiğe girip dur-kalk gitmeye çalışmak ya da bir miktar maliyeti olan hızlı kısayolu kullanmak. Kuantum söz konusu olduğunda elbette bu maliyet enerji oluyor. Ama karşılığında, istenen dönüşüm çok daha çabuk gerçekleştiriliyor.

Campbell, ortada tek bir kişi olduğunda durumun tek cisim problemine benzediğini fakat çok sayıda sürücü sisteme eklendiğinde çok cisim problemi hâline geldiğini belirtiyor. "Şimdi aynı şeyi tüm iş arkadaşlarınızın evden aynı anda çıkıp, işyerine aynı anda varmaya çalıştıkları durum için düşünün," diyor. İşte bu çözmek için uzun zamandır tatminkar bir yöntem bulunamamış bir durumdu. Ekibin uyguladığı yeni yaklaşım ile STA çok cisimli sistemlerde de işe yarayacak biçimde genişletilmiş oldu. Araştırmacılar, şimdiki hedeflerinin bu kuantum kısayolunun enerji maliyeti üzerinde çalışarak yeni uygulamalar geliştirmek olduğunu söylüyorlar.

---

Makale Referansı: Steve Campbell, et al. "Shortcut to Adiabaticity in the Lipkin-Meshkov-Glick Model." Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.177206

Kaynak: Phys.org "Quantum shortcut could speed up many quantum technologies" <http://phys.org/news/2015-05-quantum-shortcut-technologies.html>

---