Kuantum Bilgi Fiziksel Bir Sistem Yerine, Sistemler Arası Bağlaşıklıklara Depolanabilir mi?

"Maskeleme-yok teoreminin en önemli sonuçlarından biri, bunun yeni bir olanaksızlık sonucuna yol açması: Kubit taahhütü yok."
Görsel Telif: Rafael Guajardo, Pexels.com

Bilgi, alışıla geldik şekliyle, bellek cihazları gibi fiziksel sistemlerde depolanır. Bir süre önce yapılan bir çalışmada ise araştırmacılar enformasyon depolamak ve gizlemek için değişik bir yol denedi: Bilgiyi sistemlerin kendilerinin yerine, iki ya da daha fazla sistem arasındaki kuantum bağlaşıklıklara (korelasyonlara) depolamak! “Maskeleme” adı verilen bu düşünce, bilgiyi yok etmeden ona herkesin erişmesini önlemenin bir yolu; çünkü kuantum enformasyonu yok etmek olanaksız.

Daha önce yapılan çalışmalarda klasik enformasyonu maskelemenin olanaklı olduğu gösterilmesine rağmen, yeni çalışmada fizikçiler, belirli istisnalar olmakla birlikte, genel olarak iki sistem için kuantum enformasyonu maskelemenin olanaksız olduğunu gösterdi. Bu sonuç, klasik ile kuantum enformasyon arasındaki önemli bir farkı vurguluyor ve -istisnalara bağlı olarak- gizlice kuantum bilgi paylaşmak için potansiyel uygulamalara kapı aralayabilir.

Avustralya’daki Monash Üniversitesi’nden Kavan Modi ile Hindistan’daki Harish-Chandra Araştırma Enstitüsü’nden Arun Kumar Pati, Aditi Sen(De) ve Ujjwal Sen adlı fizikçilerin, kuantum enformasyonu maskelemenin olanaksızlığı üzerine yazdıkları makale Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.

Maskeleme Yok

“Kuantum enformasyon, pek çok yönden klasik enformasyondan farklıdır. Araştırmacılar bu soru üzerinde kuantum enformasyonun ilk günlerinden beri kafa yoruyor ve birkaç önemli “no-go” (olanak-yok; belli bir durumun fiziksel olarak olanaksız olduğunu ortaya koyan) sonuca ulaştılar; klonlama-yok, silme-yok ve gizleme-yok teoremleri gibi,” diyor Pati. 2007 yılında, o ve çalışma arkadaşı Samuel Braunstein, gizleme-yok teoremini kanıtlamıştı.

Adlarından anlaşıldığı gibi, bu olanak-yok teoremleri, kuantum enformasyonu klonlamayı, silmeyi ve gizlemeyi yasaklıyor; bu işlemlerin hepsi klasik enformasyon için mümkündür. Bu farkın oluşma nedeni, olanak-yok teoremlerinin doğrudan kuantum mekaniğinin temel yasalarından doğuyor olmasıdır; yani klasik karşılıkları yoktur ki bu da kuantum enformasyonun bu anlamda klasik enformasyondan daha sağlam olduğuna işaret ediyor.

Yeni yapılan çalışma, listeye bir başka olanak-yok teoremi daha ekliyor: Maskeleme-yok teoremi. Fizikçiler, kuantum enformasyonu (kuantum durumlar biçiminde) bir A fiziksel sisteminden, A ile ikinci bir B fiziksel sistemi arasındaki kuantum bağlaşıklıklara, ne A’nın ne de B’nin enformasyon içermeyeceği bir şekilde haritalamanın olanaksız olduğunu kanıtladı. Yani, bağlaşıklıklara kuantum bilgiyi bütünüyle depolamak, bir anlamda iki sistem arasında “onu yaymak” olanaksız.

“Maskeleme sürecinde şu soruyu sorarız: Eğer kuantum enformasyon A altsisteminde yoksa, B altsisteminde de yoksa, o enformasyon sadece kuantum bağlaşıklıklarda, Einstein’ın “hayaletimsi” dediği bağlaşıklıklarda kalabilir mi?” diyor Moldi. “Maskeleme, ne A tarafından ne de B tarafından okunamayacak şekilde, her iki altsistemde de enformasyonun bütünüyle perdelenmesiyle yakından ilgili. O halde, eğer kuantum enformasyon A ve B altsistemlerinin her ikisine de görünmezse ve enformasyonu sadece hayaletimsi bağlaşıklıklarda saklamak istiyorsak, o zaman kuantum mekaniği buna izin vermez.”

Dikkate Değer İstisnalar

Maskeleme-yok teoremi keyfi kuantum durumlar için geçerli olsa da, fizikçiler şaşırtıcı ölçüde çok sayıda özel kuantum durumunun da maskelenebilir olduğunu gösterdi. Benzer istisnalar klonlama-yok ve silme-yok teoremleri için de mevcut; ortogonal durumlar gibi belirli kuantum durumlarında bunlar olanaklı olabiliyor. Hepsi birlikte düşünüldüğünde, kuantum ile klasik enformasyon arasındaki sınırın oldukça buğulu olduğu görülüyor.

Maskele-yok teoremine ilişkin yapılan bir diğer uyarı ise sadece iki sistem için geçerli olması. Üçüncü bir sistem dahil edildiğinde, fizikçiler maskelemenin herhangi bir keyfi kuantum durumu için olanaklı olabildiğini gösterdi. Bununla birlikte, bilimciler bu maskelemeyi atlatmanın yolları olduğunu ekliyor; en azından kısmen.

“Kuantum bilginin çok-parçalı (İng. multipartite) durumlara kodlanmasıyla uğraşan hata düzeltme kodları denilen bir strateji kullanılarak, herhangi iki taraf arasındaki gizli anlaşmayla, maskelenmiş kuantum bilginin bir kısmı açığa çıkarılabilir,” diyor Sen.

Olanaksızlığın Sonuçları

Elde edilen bulguların sonuçlarından biri şu ki, “bit taahhütü yok”un ünlü sonuçlarını genelleştiren bir “kubit taahhütü protokolü” tasarlamanın olanaksız olduğunu gösteriyor. Yapılan çalışma, taraflardan birinin, bir bitin durumunu (0 veya 1) ya da -yeni sonuçta- bir kubitin durumunu (0, 1 veya ikisinin süperpozisyonu) seçmeyi taahhüt etmesinin olanaklı olup olmadığı sorusunu irdeliyor. Önceki çalışmalar, bitler için taahhütün olanaksız olduğunu göstermişti; yeni çalışma da şimdi bunun kubitler için de olanaksız olduğu eklemesini yapıyor. Bunun anlamı şu: Birisi, bir kubit durumunu seçiyor gibi görünerek ama sonra değiştirerek, her zaman için hile yapabilir. Fizikçilerin açıkladığı şekliyle, “bit/kubit taahhütü yok” sonuçları, güvenli kuantum iletişim protokolleri tasarlamada önemli sonuçlar doğuruyor.

“Maskeleme-yok teoreminin en önemli sonuçlarından biri, bunun yeni bir olanaksızlık sonucuna yol açması, yani kubit taahhütü yok,” diyor Pati. “Sadece bağlaşıklıklara enformasyon gizlemek olanaklı olmadığına göre, A’nın ve B’nin kuantum enformasyonu görmemesini sağlamak olanaksız. Başka bir deyişle, eğer kuantum enformasyon ortak iki-parçalı durumlara kodlanırsa, iki taraf da aynı anda görmüyor olamaz. Biri görmüyor olabilir ama ikisi birden görmüyor olamaz. Her iki durumda da, enformasyon sadece bağlaşıklıklarda gizli tutulamaz. Bu ‘bit taahhütü yok’ protokolünden daha güçlü.”

İleride fizikçiler maskeleme-yok teoremini ve istisnalarını -maskelenebilir kümeleri ve kısmi maskeleyicileri- daha fazla araştırmayı planlıyor. “Bunun, gizleme ve gizlice kuantum bilgi paylaşma gerektiren kuantum enformasyon protokolleri tasarlamak için kullanışlı olduğu kanıtlanabilir,” diyor Sen(De).

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv