Bilgi genellikle bellek aygıtları gibi fiziksel sistemlerde depolanır. Ancak yeni bir çalışmada, fizikçiler bilgiyi depolamak ve saklamak için alternatif bir yol geliştirdiler. Bu da onun, sistemlerin kendisinden ziyade, iki veya daha fazla sistem arasındaki kuantum korelasyonlarında depolayarak oluşmasını sağladı. “Maskeleme” olarak adlandırılan bu fikir, bilgiyi yok etmeden, herkese erişilemez hale getirmenin bir yoludur. Çünkü; kuantum bilgisini imha etmek mümkün değildir.
Önceki araştırmalar klasik bilgiyi ‘maskelemenin’ mümkün olduğunu göstermesine rağmen; yeni çalışmada fizikçiler, iki istisna haricinde; iki sistem için maskeleme bilgisinin genel olarak imkansız olduğunu göstermektedir. Sonuçlar, klasik ve kuantum bilgileri arasındaki önemli bir farkı vurgular ve istisnalar nedeniyle kuantum bilgilerinin ‘gizlice’ paylaşılması potansiyel uygulamalara yol açabilir.
Fizikçiler; Avustralya Monash Üniversitesi‘nden Kavan Modi, Hindistan Harish-Chandra Araştırma Enstitüsü‘nden Arun Kumar Pati, Aditi Sen (De) ve Ujjwal Sen birlikte, kuantum bilgilerinin maskelenmesinin imkansızlığı üzerine bir makale yayınladılar.
Maskeleme yok…
Pati: “Kuantum bilgileri birçok açıdan klasik bilgilerden farklıdır. Araştırmacılar, kuantum bilgisinin ilk günlerinden beri bu soru üzerinde yoğunlaştılar ve no-cloning, no-deleting ve no-hiding teoremleri (klonlama,silme ve gizleme yok) gibi birkaç önemli No-Go Teorem*‘ine ulaştılar.” (2007’de, Pati ve Yazar Samuel Braunstein, no-hiding teoremi’ni kanıtladı.)
* Teorik fizikte, no-go teoremi, belirli bir durumun fiziksel olarak mümkün olmadığını belirten bir teoremdir.
İsimlerinden de anlaşılacağı gibi, bu no-go teoremleri kuantum bilgisinin klonlanmasını, silinmesini ve gizlenmesini yasaklamaktadır. Kısacası klasik bilgi için izin verilen tüm işlemleri gerçekleştirmez. Fark; no-go teoremlerinin doğrudan kuantum mekaniğinin temel yasalarından kaynaklandığı ve bu yüzden kuantum bilgisinin, klasik bilgiden daha sağlam olduğunu ileri süren klasik benzerlerine sahip olmamasıdır.
Yeni çalışma, listeye başka bir no-go teoremi eklemektedir: Maskeleme Teoremi. Fizikçiler; kuantum bilgilerini (kuantum durumları biçiminde) bir fiziksel sistemden (A’dan), A ve bir ikinci fiziksel sistem (B) arasındaki kuantum korelasyonlarına, A ve B’nin içermeyecek şekilde eşlemenin imkansız olduğunu kanıtladılar. Yani, kuantum bilgisini; iki sistem arasında ‘yayılma’ anlamında, korelasyonlarda tamamen ‘saklamak’ mümkün değildir.
Modi: “Maskeleme sürecinde, şu soruyu soruyoruz: Eğer kuantum bilgisi bir alt sistemde (A) ya da diğer alt sistemde (B) mevcut değilse; bu bilgi sadece Einstein’ın (spooky) ‘ürkütücü korelasyonlar‘ olarak adlandırdığı kuantum korelasyonlarında kalabilir mi? Maskelemenin; hem alt sistemlerdeki hem de A ya da B tarafından okunması mümkün olmayan bilgilerin tamamen korunmasıyla daha fazla ilgisi vardır. Kuantum bilgilerinin hem A hem de B alt sistemlerine kör olması durumunda; bilgileri sadece ‘ürkütücü’ korelasyonlarda saklamak istiyoruz, o zaman kuantum mekaniği tarafından izin verilmez.”
Önemli istisnalar…
Maskeleme teoreminin keyfi kuantum durumu barındırmasına rağmen; fizikçiler de şaşırtıcı derecede çok sayıda özel kuantum durumunun maskelenebilir olduğunu göstermektedir. Benzer istisnalar, klonlama veya silme olmayan teoremler için de mevcuttur; burada aynı şekilde, ortogonal* durumlar gibi belirli kuantum durumları için klonlama ve silme mümkündür. Birlikte, bu bulgular sınırın kuantum ve klasik bilgiler arasında ne kadar bulanık olduğunu göstermektedir.
* Ortogonal-Dikgen: Birbiriyle ya da kesişme noktasındaki teğetleriyle dik açı oluşturacak biçimde kesişen.
Maskeleme teoreminin bir başka uyarısı; sadece iki sistem için geçerli olmasıdır. Üçüncü bir sistem eklendiğinde; fizikçiler herhangi bir keyfi kuantum durumu için maskelemenin mümkün olabileceğini göstermektedir. Ancak, bilim adamları bu maskelemeyi en azından kısmen ortadan kaldırmanın mümkün olduğunu belirtiyorlar.
İmkansızlık etkileri…
Yeni sonuçların bir çıkarımı da; ‘bit bağlantıları’ olmadığı için sonuçları genelleştiren bir ‘kubit bağlantı’ protokolü tasarlamanın da imkânsız olduğunu göstermesidir. Bu araştırma dizisi, bir tarafın bir bitin durumunu (0 veya 1) veya bir kubit (0, 1 veya her ikisinin de bir süperpozisyonu olarak) seçmeye çalışıp çalışamayacağı sorusunu ele almaktadır. Önceki çalışmalar; bitlerin bağlantılarının imkansız olduğunu göstermişti ve yeni çalışma ise; kubitler için de imkansız olduğunu eklemektedir. Fizikçilerin açıkladığı gibi, no-bit / qubit bağlantı sonuçlarının güvenli kuantum iletişim protokolleri tasarlamada önemli sonuçları vardır.
Pati: “Maskeleme olmayan teoreminin en önemli sonuçlarından biri, bunun yeni bir imkansızlık sonucuna yol açmasıdır. Sadece korelasyonlarda bilgiyi gizlemek mümkün olmadığından, Alice ve Bob’u kuantum bilgisine ‘kör olması’ imkansızdır. Diğer bir deyişle; iki seri aynı anda kör olamaz; eğer kuantum bilgisi ortak bir seride kodlanırsa biri kör olabilir, ancak her ikisi de olamaz. Her iki durumda da, bilgi sadece korelasyonlarda gizli tutulabilir. Bu, bit olmayan bağlantı protokolünden daha güçlüdür.”
Gelecekte; fizikçiler maskeleme olmayan teoremi ve onun istisnalarını (maskelenen setler ve kısmi maskeleyiciler) araştırmayı planlıyorlar.