Kuantum bilgisayarlar soğuğu sever ve ısı üretir; bu da tatsız bir bileşimdir, çünkü süperpozisyon ve dolanıklık ortam ısındığı anda dağılır. Physical Review Letters'ta yayımlanan bir makale işi tersine çevirmeyi öneriyor: kuantum mekaniğinin en ele geçmez özelliklerinden birini, soğutmanın kendisini daha verimli kılmak için kullanmak.
Köln Üniversitesi'nden Tanmoy Biswas'ın liderlik ettiği uluslararası ekibin kurduğu düzenek teorik bir soğutma protokolü. Bir deneyci, bir ısı banyosundan ısı çekmek için bir "assemblage" — etiketlenmiş kuantum durumları kümesi — feda ediyor. Durumların sonlu boyutlu olması yeterli; biçimleri dışında bir kısıt yok. Elmas içindeki azot-boşluk merkezlerinde bulunan çekirdek spinleri olası bir örnek. Kümedeki her durum farklı ve kendi etiketini taşıyor. Seçilen durumun etiketine göre deneyci sistemin enerjisini belirli bir düzeye sürüyor. Isıl dengeye yönelen durum banyodan ısı almak zorunda kalıyor; sonra atılıyor ve döngü yeni bir durumla baştan başlıyor.
Her assemblage bunu yapamıyor. Etkili biçimde soğutanlar ortak bir özellik taşıyor: kuantum yönlendirme (quantum steering) denen bir yerelsizlik türünü gösterebiliyorlar. Yönlendirme, dolanık bir durumun bir yarısı üzerinde yapılan ölçümün sonucunun, diğer tarafın sonradan elinde tuttuğu durumu etkilemesiyle ortaya çıkıyor. Erwin Schrödinger bunu 1935'te tanımladı; gösterebilmek için hem paylaşılan dolanıklık hem de uyumsuz ölçümler gerekiyor, yani istatistiksel bir tuhaflık değil, özünde kuantum bir kaynak.
Ekip düzeneğinde Alice, dolanık çiftin kendi yarısında yapacağı ölçümü rastgele seçiyor — isterse önce zar atarak. Bob'un haberi olmadan sistemi belirli bir biçime bürünüyor. Alice sonra sanal bir danışman gibi davranıp, telefonla olması da mümkün, ölçüm tercihini ve sonucunu Bob'a bildiriyor. İkisi birlikte Bob'un ölçüm sonrası durumunu belirliyor ve ne yapacağını söylüyor. Şaşırtıcı biçimde Alice'in ısı banyosuna hiçbir erişimi yok, yine de banyoyu soğutmak için kullanılan assemblage'ı hazırlamaya yardım ediyor.
Sonuç kesin bir ayrım: yönlendirme gösteren assemblage'lar, yalnızca klasik bağıntı sergileyenlere kıyasla soğutma görevinde avantaj sağlıyor. Biswas, "Amacımız belirli bir kuantum durumu için avantaj göstermek değil, kuantum yönlendirme ile termodinamik performans arasında evrensel bir bağ kurmaktı" diyor.
Yönlendirmenin bir sicili zaten var: ısı makinelerini çalıştırmak, dolanıklığı sertifikalandırmak, rastgelelik üretmek. Buradaki soğutma görevi kriptografik değil; taraflar gizlilik umursamıyor ve dolanıklık yalnızca dolaylı olarak devreye giriyor. Açık kalan soru, hangi işlemlerin ve assemblage'ların en iyi olduğu; makale bunu başkalarına bırakıyor.
Araştırmacılar sonucun, insanların kuantum bilgisayar yaparken gerçekten kullandığı platformlarda — iyon tuzakları ve süperiletken kübitler — işe yaramasını umuyor. Biswas için asıl manşet ise daha temel: "Her yönlendirilebilir kuantum bağıntısı, ne kadar zayıf olursa olsun, soğutmada gerçek bir termodinamik avantaj sağlayabilir." Yani 90 yıllık bir kuantum temelleri meselesinden pratik bir termodinamik göreve doğrudan bir hat.
