Maryland Üniversitesi, NIST ve IonQ Inc.’den araştırmacılardan oluşan bir ekip. ve Duke Quantum Center, tutarlı hatalara maruz kaldığında kuantum durumlarının yeni davranışlarını göstererek kuantum mekaniğinin ve bilginin anlaşılmasında önemli atılımlar gerçekleştirdi. Dengeleyici durumlardan sapma derecesini tanımlayan kuantum durumlarının “sihri”, evrensel ve hataya dayanıklı kuantum hesaplamanın gerçekleştirilmesi için kritik öneme sahiptir.
Nature Physics dergisinde yayınlanan çalışmalarında araştırmacılar, rastgele stabilizatör kodunun “sihir” açısından daha önce dolaşma için gözlemlenene benzer bir faz geçişi sergilediğini gösterdi. Bu geçiş iki gücü içerir: kaynak yaratma ve kaynak yok etme. Kuantum durumlarının “sihri” söz konusu olduğunda bu kuvvetler “kaç tanesinin ölçüldüğü” ve “kaç tane kübitin döndürüldüğü”dür.
Makalenin ortak yazarı Pradeep Nirula şöyle açıkladı: “Süperpozisyon ve dolaşma, insanların kuantum bilgisayarlarla en sık ilişkilendirdiği terimler olsa da, bunların kuantum bilgisayarları klasik bilgisayarlardan daha güçlü kılmak için yeterli olmadığı ortaya çıktı. Geleneksel veya klasik bilgisayarlara göre kuantum avantajı elde etmek için “sihir” veya “kararsızlık” adı verilen başka bir bileşene ihtiyaç vardır. Ancak sistemde çok fazla ‘sihir’ olduğunda klasik bir bilgisayarla mümkün olanın ötesine geçilebilir.”
Araştırmacılar ilk önce kararsızlıkta bir faz geçişinin varlığına dair güçlü kanıtlar sağlayan sayısal simülasyonlar yürüttüler. Daha sonra hipotezlerini gerçek kuantum devrelerini kullanarak deneysel bir ortamda test ettiler. Sonuçlar gürültülü ortamlarda bile faz geçişinin kanıtını gösterdi.
Nirula şunları ekledi: “Daha önceki çalışmalar, dolaşma, yük vb. konularda başka tür geçişler buldu ve bu da şu soruları gündeme getiriyor: Başka hangi kaynaklar benzer geçişler sergileyebilir? Hepsi evrensel bir geçiş türüne mi ait? Ayrıca önemli olan, faz geçişinin varlığı bize gürültüye dayanıklı kuantum bilgisayarların oluşturulması konusunda ne öğretiyor?”
Bu çalışmanın sonuçları, hata düzelten kuantum hesaplama sistemlerindeki kaynaklara odaklanan araştırmalar için yeni yollar açıyor. Gelecekteki araştırmalar, dolaşma ve “sihir” için gözlemlenenleri anımsatan faz geçişleri sergileyen diğer özellikleri ve kaynakları keşfedebilir. Ayrıca araştırmacılar, deneylerini bir kuantum bilgisayar için kararsızlık durumlarının üretilebileceği bir “sihirli durum fabrikası” olarak kullanma olasılığını keşfetmeyi amaçlıyor.
Nirula sözlerini şöyle tamamladı: “Hata düzeltme ilkellerini veya yapı taşlarını gösterme konusunda şu anda bu alanda çok fazla ilgi var ve bizim çalışmamız da bunun bir parçası olabilir.”
