Son yıllarda, fizikçiler kuantum sistemlerinin çalışmasını hızlandıran kuantum kısayolları geliştirdiler. Şaşırtıcı bir şekilde, bu kısa yollardan bazıları teorik olarak ekstra enerji kullanmadan sistemlerin neredeyse anında çalışmasını mümkün kılar; ancak bu durum termodinamiğin ikinci yasasının açıkça ihlalidir. Fizikçiler bir şeylerin yanlış olduğunu bilseler de, şu ana kadar bu çıkmaza verilen çözümler belirsizliğini korumaktadır.

     Şimdi yeni bir araştırmada, fizikçiler, kuantum kısa yollarını hız ve maliyet arasında bir hesaplamaya tabi tuttular. Bunun sonucunda kuantum sistemleri ne kadar hızlanırsa kısa yolun uygulanmasıyla ilgili enerji maliyetinin de o kadar yüksek olduğunu gösterdi. Termodinamik yasalarına göre sonsuz hız için sonsuz miktarda enerji gerekir.

     ABD'deki Maryland Baltimore üniversitesinden Sebastian Deffner'le birlikte İngiltere'de Queen's University ve İtalya'da Milan Üniversitesi'nden Steve Campbell , Physical Review Letters dergisinin son sayısında kuantum maliyeti ve hızı arasındaki dengeye ilişkin bir rapor yayınladı.

     Steve Campbell; “Adyabaticity kısa yolları (STA) olarak adlandırılan, kuantum sistemlerini kontrol etmek için yakın zamanda önerilen bazı yöntemler enerji serbestliği olarak görünüyor. Bir şeylerin doğru olmadığını söylemek, bu teknikler uygulandığında ne olacağını daha net bir şekilde düşünmemize neden oldu” dedi.

     Bunu yapmak için, bilim adamları, kuantum hız sınırını, Heisenberg belirsizlik ilkesinden kaynaklanan bir kuantum sisteminin çalışabileceği hızın üst sınırına uyguladılar. Kuantum hız sınırı bu temel ilkenin bir sonucu olduğundan, tüm STA'lara uygulanmalıdır ve dolayısıyla keyfi olarak kısa sürelerde çalışmasının önüne geçilmelidir.

     Steve Campbell; “Kuantum hız sınırını hesaplayarak bir sistemi bir STA kullanarak daha hızlı şekilde manipüle etmek istediğinizi gösterdik. Ayrıca, anlık manipülasyon imkansızdır, çünkü sınırsız bir enerji konulması gerekecektir.”

     Bu dengelemenin faydasını göstermek için fizikçiler onu iki pratik sisteme uyguladılar. Birincisi, kuantum termodinamik testleri de dahil olmak üzere geniş bir kullanım yelpazesine sahip olan harmonik osilatörlerdir. İkincisi, D-Dalga makinesinde kullanılan adiabatik kuantum hesaplamalı uygulamalara sahip Landau-Zener modeli.

     Her iki modelde de, STA'lar tarafından sunulan bu sistemlerin nihai hızlandırılması için pratik sınırlamalar getiriliyor. Bilim adamları, bu kısıtlamaların gelecekte bu ve diğer kuantum sistemlerinin tasarım ve uygulanmasına rehberlik etmesini beklemektedir.

     Deffner, " Ayrıca STA için geliştirilmiş olan diğer tekniklere de bakarak, benzer taslaklar bulup bulamayacağımıza görmek istiyoruz" dedi. "Bir başka önemli rota, çalışmalarımızı Dirac materyal ve doğrusal olmayan sistemler gibi standart dışı kuantum mekaniğine genellemek."

Çeviri: Celal DEMİRTAŞ

Daha Fazla:Steve Campbell and Sebastian Deffner. "Trade-Off Between Speed and Cost in Shortcuts to Adiabaticity." Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.100601 Also at arXiv:1609.04662 [quant-ph]

Referens Dergi:Physical Review Letters

Yayınlama tarihi: 18.03.2017