Kara Deliklerin Marifeti

Untitled design
Untitled design

Kara delikler tarafından karıştırılan mesajlar, kuantum bilgisayarlara karşı üstünlüklerini korumaktadır. Konumuzun ilginç tarafını oluşturan iki farklı bilinmez ile ilgili bilgiler vermeye çalışacağız. Kara Deliklerin Marifeti hakkında başlangıç olarak doğanın en hızlı veri karıştırıcılarıdır diyebiliriz. Yapılan yeni araştırmalar kara deliklerin içlerine atılan bilgilerin önceden düşünülenden daha güvenli olabileceğini öne sürüyor. Physical Review Letters’da yayınlanan bir makalede, ABD’deki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı‘ndaki (LANL) araştırmacılar, bir kara delik veya benzer özelliklere sahip başka bir sistem tarafından bir mesaj karıştırıldıktan sonra, bir kuantum bilgisayarının bile onu bir araya getiremeyeceğini gösteriyor.

Karıştırıcılar, yerel bilgileri alan ve tüm sisteme yayarak uzak bölgeler arasında kuantum dolanıklığı oluşturan kuantum sistemlerdir. Fizikte çeşitli bağlamlarda ortaya çıkarlar. Kara delikler belki de en ünlü örnek olsa da, karıştırıcılar aynı zamanda spin zincirleri – en yakın komşular arasında birleşen kuantum parçacıklarının 1 boyutlu düzenlemeleri – ve direncin atipik olarak sıcaklığa bağlı olduğu “garip” metaller gibi basit sistemlerde de mevcuttur.

Karıştırma süreci deterministik olsa da – sabit bir girdi sabit bir çıktı verir – karıştırma sistemleri, bilgiyi görünüşte rastgele bir şekilde dağıtarak son derece karmaşık davranışlara yol açabilir. Görünür rastgeleliğin bu ortaya çıkışı, benzer şekilde basit sistemlerin eşit derecede karmaşık dinamikler ürettiği klasik kaos teorisine benzer şekilde kuantum kaosu olarak bilinir.

Mesaj kurtarma için bir parça umut

Kuantum mekaniği ve yerçekiminin kesiştiği noktada çalışan fizikçiler, kısmen kara delik bilgi paradoksu adı verilen paradoksu sayesinde karıştırıcılarla ilgileniyorlar. Paradoks, olay ufkunu aşıp bir kara deliğe düşen bilginin nihai kaderi etrafında döner: bir kara deliğin yüzeyi boyunca bir mesaj karıştırıldıktan sonra, bilgisi sonsuza kadar kara delikte hapsolur mu, yoksa bir şekilde kaçışı başarabilir mi? Bir düşünce okulu, bilginin kara deliklerden, Hawking radyasyonu olarak bilinen bir süreçle yayılan fotonlar biçiminde kaçtığını savunuyor. Bu teori 2019’da bir miktar destek aldı, ancak kesin olarak sonuçlanabilmesi için daha zaman ve üzerinde çalışmasına ihtiyaç var.

Patrick Hayden ve John Preskill adlı fizikçiler 2007 yılında bir düşünce deneyi paradoksu araştırması yaptılar. Kara deliklerin Hawking radyasyonu nda bilgiyi kodladığını varsayarak, bir kara deliğe bir mesaj gönderildiğinde, yayılan fotonların birkaçını yakalayarak parçalarının hızla kurtarılabileceğini gösterdiler. Bu süreci parçalanmış bir belgenin dilimlerini tekrar kurtarılmasına benzetebiliriz. Bununla birlikte, kara deliğin karıştırma davranışı böyle bir kurtarmayı mümkün kılarken, Hawking radyasyonu tek başına şifreli bir mesajın nasıl çözüleceğini asla söylemez. Aslında, parçalanmış belgeyi kağıt şeritlerinden yeniden birleştirmek için başka yaklaşımlara ihtiyaç vardır.

Verimsiz Alanlar Tarafından Çevrelenmiş Karıştırıcılar

Makine öğrenimine dayanan algoritmaları sisteme girdiğimizde sistemin çıktıları ile kendi çıktılarıyla karşılaştırarak (her ikisi için aynı girdiler verilir), dahili modellerini değiştirerek ardından durulama, gerçeklik ve yaklaşıma kadar tekrarlayarak fiziksel bir sisteme en iyi nasıl yaklaşılacağını öğrenilir. Bu öğrenme sürecindeki elde edilenlerin miktarı, model ile gerçek sistem arasındaki sapma derecesini yakalayan, maliyet fonksiyonu olarak bilinen matematiksel bir miktardır.

Untitled design
Karıştırıcı şeması A) Üniter U ile temsil edilen A karıştırıcısı, giriş bilgilerini dağıtır. B) Bir kuantum bilgisayar kullanarak şifreli bir mesajın nasıl çözüleceğini öğrenmek için önerilen bir protokol. Araştırmacılar, bu protokolün verimsiz alanlar sorunundan oluştuğunu tespit ettiler.

Laboratuvar Koşullu Bir Kara Deliğin Termal Spektrumu Hawking Radyasyonu’nu Yeni Bir Işığa Yöneltir

Maliyet fonksiyonundaki verimsizlik kuantum makine öğrenimini etkisiz hale getirir, çünkü manzara içindeki rastgele bir başlangıç ​​noktasından “deliği” bulmak, izlenecek aşağı doğru bir yol olmadan neredeyse imkansızdır. Holmes, “Bir kuantum bilgisayar da değerlendirilen bir maliyet fonksiyonunu kullanarak öğreniyorsanız, kaç tane eğitim çiftiniz olursa olsun, karıştırıcıyı öğrenemezsiniz,” diyor. Holmes, “en azından önceden bilginiz olmadan” diye de ekliyor. Bu kusur, karıştırma sürecini tersine çevirmeyi gerektirecek bir mesajı yeniden oluşturma olasılığını ortadan kaldırır.

Öğrenmesi zor bir ders

LANL araştırmacıları, şifreli bir mesajın parçaları biliniyor olsa bile, onları tekrar bir araya getirmenin kuantum bilgisayar ların çözmemize yardımcı olamayacağı bir problem oluşturduğu sonucuna varıyor. Holmes, “Belki de (iddialı bir şekilde!) kara deliğin temel fiziğini bir mesajı bir araya getirmek için kullanmayı deneyebilirsiniz” diyor ve şu anda böyle bir yöntemin bilinmediği konusunda uyarıyor, “ancak herhangi bir öğrenme yöntemi oldukça kötü görünüyor”. Görünüşe göre doğa oldukça iyi bir sırdaş.

Biz de sizler için  bu tip çalışmaları toparlamaya ve sizlerle paylaşmaya devam edeceğimizi tekrar hatırlatmak istiyoruz.

Sağlıcakla kalın….

https://physicsworld.com’dan derlenmiştir.

    İlk yorum yapan olun

    Bir Cevap Yazın