Kuantum hata düzeltmesi gökbilimcilerin yıldızları görüntülemesine yardımcı olabilir

Uzay bir stüdyo değildir: yıldızları incelerken gökbilimcilerin görüntülemeye çalıştıkları nesneler üzerinde hiçbir kontrolü yoktur. Bunun yerine, aldıkları ışık ne olursa olsun, ne kadar zayıf veya gürültülü olursa olsun, daha yüksek çözünürlüklü görüntüler oluşturmak için teleskoplardaki ve analiz tekniklerindeki gelişmelere güveniyorlar. Şimdi bilim adamlarından oluşan bir ekip, teleskopların yakaladığı yıldız ışığındaki gürültüyle mücadele etmek için kuantum hata düzeltmesini kullanmanın bir yolunu önerdi. Ekibe göre, yakın vadeli kuantum cihazlarında çalıştırılan en basit hata düzeltme protokolleri bile astronomik görüntüleme için önemli bir avantaj sağlayabilir.

Görüntüleme çözünürlüğü genellikle kırınım ile sınırlıdır. Görüntülenen nesnenin manipüle edilebilmesi veya aydınlatılabilmesi durumunda kuantum algılama teknikleri bu sınırı aşabilir ancak astronomide bu mümkün değildir. Ancak Avustralya'daki Macquarie Üniversitesi ve Singapur Ulusal Üniversitesi'ndeki (NUS) araştırmacılar geçici bir çözüm buldular: Kuantum hata düzeltmesinin, yakalanan hassas yıldız ışığının çevreyle istenmeyen etkileşimler nedeniyle bozulmasından koruyabildiğini gösterdiler.

Alice ve Bob yıldızları yeniden yazıyor

Ekibin önerdiği yöntemin ardındaki fikir, yıldız ışığı tarafından taşınan bilginin, hata düzeltme kodu adı verilen bir kodla büyük bir kuantum sistemine yayılabilmesidir. Daha sonra sistemin bazı kısımlarında hatalar olsa bile geri kalanından doğru bilgi yeniden oluşturulabilir.

Yeni tekniğin nasıl çalıştığını anlamak için iki gökbilimciyi, Alice ve Bob'u hayal edin. Her ikisinin de teleskopları var ve eğer her teleskoptan tek tek elde edilebilecek olandan daha net bir görüntü üretmek istiyorlarsa, topladıkları ışığı optik interferometri adı verilen bir yöntemi kullanarak birleştirebilirler. Prensip olarak, teleskopları birbirlerinden ne kadar uzaktaysa, ortaklaşa elde edebilecekleri görüntü çözünürlüğü de o kadar yüksek olur. Ancak pratikte gürültü ve iletim kayıpları Alice ve Bob'un sinyallerinin kalitesini düşürerek teleskopların birbirlerinden ne kadar uzakta olabileceğini sınırlıyor.

Macquarie-NUS ekibi, kuantum teknolojilerinin, teleskop alanları arasındaki fiziksel bağlantıyı (tipik olarak bir optik fiber) dolaşmış kübitlerle değiştirerek bu kısıtlamayı aşabileceğini öne sürüyor. Qubit'ler kuantum bilgisini depolayan sistemlerdir ve dolanıklaştıklarında bu sistemlerin durumları, klasik sistemlerde izin verilenden daha güçlü korelasyonları paylaşır. Alice ve Bob teleskoplarından ışık aldıklarında, ışık-madde etkileşimi, bilgiyi ışıktan kübitlerinin kararlı bir durumuna aktarır. Daha sonra her biri, yıldız ışığı bilgisini depolayan kübitlere uygun işlemleri uygular. Kübitleri dolaşık olduğundan bilgi, her iki kübitin daha büyük kümesi içindeki kuantum hata düzeltme kodunda depolanır.

Makalenin başyazarı Zixin Huang, "Alice ve Bob'un paylaştığı sonuçta ortaya çıkan durum artık içeri giren yıldız ışığının eşdeğeridir" diye açıklıyor. Physical Review Letters araştırma hakkında. Yıldız ışığının genel durumu Alice ve Bob'un kübitleri arasında korumalı bir biçimde paylaşıldığı için çevreden gelen gürültüye karşı dayanıklıdır. Alice ve Bob, belirli ölçümler yaparak, yıldız ışığı bilgisini almadan önce kübitlerindeki hataları tespit edip düzeltebiliyor ve daha sonra bunları görüntülerini oluşturmak için kullanıyorlar.

Ufuktaki süper çözünürlüklü deneyler

Araştırmacılar, en basit hata düzeltme protokollerinden birini araştırarak, görüntülemeye yönelik bu kuantum hata düzeltme tekniğinin, yakın vadeli kuantum cihazlarında bile faydalı olduğunu gösterdi. Bu protokolde, yıldız ışığı bilgileri üç özdeş kübitten oluşan setler halinde depolanır. Bu, tekrar kodu olarak bilinir çünkü hatalara karşı koruma, bilginin kelimenin tam anlamıyla üç kez tekrarlanmasından gelir. Daha büyük kodlar daha iyi koruma sağlarken, bu küçük kod bile baskın hata türüne karşı yararlı koruma sağlıyordu. Ayrıca, %1'den çok daha az hata oranları gerektiren kuantum hesaplamanın aksine, görüntüleme protokolü, yalnızca tekrar kodunu kullanarak %50'ye varan hata oranlarını tolere edebilir. Bu nedenle, kırınım sınırının ötesindeki "süper çözünürlüklü" görüntüleme, gürültülü kuantum cihazları için kısa vadede beklenmeyen bir kullanım durumudur, ancak bilim adamlarının protokolün farklı bölümlerini uygulayabilmesi için teknolojik zorluklar devam etmektedir.

Kuantum hata düzeltmesi sıfır manyetik alan başlangıcını yapıyor

Araştırmacıların çerçevesi, deneycinin nesneyi hazırlayamadığı herhangi bir görüntüleme görevine kuantum hata düzeltme tekniklerinin uygulanmasına olanak tanıdığından, uygulamaları astronominin ötesine uzanabilir. Çalışmada yer alan NUS'tan kıdemli araştırma görevlisi Yingkai Ouyang şöyle açıklıyor: "Bazılarımızın göz önünde bulundurduğu potansiyel uygulamalardan biri, manyetik alan algılama için kuantum sensörlerinin performansını artırmak için kuantum hata düzeltmesini kullandığımız manyetometridir." "Aynı zamanda süper çözünürlüklü görüntülemeye yönelik önceki protokollerimizi gerçek teleskoplara uygulamak için deneycilerle birlikte çalışıyoruz."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/quantum-error-correction-could-help-astronomers-image-stars/