Bath Üniversitesinden Fizikçiler İleri Düzey Optik Fiberler Ürettiklerini Duyurdu!

Kuantum bilişimin sunduğu hesaplama gücü; karmaşık problemlerin çözümü, ilaç geliştirme ve güvenli iletişim gibi pek çok alanlarda devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Ancak bu teknolojilerin tam anlamıyla hayata geçebilmesi, mevcut veri iletim altyapısının kuantum gereksinimlerine uyum sağlamasını gerektirmektedir. Geleneksel optik fiberlerse birçok konuda kuantum bilişimin getirdiği veri iletim zorluklarına cevap vermede yetersiz kalmaktadır. Bu noktada, Bath Üniversitesindeki fizikçiler tarafından geliştirilen yeni nesil özel optik fiberler, kuantum teknolojilerinin veri iletim ihtiyaçlarını karşılamak üzere tasarlanmış önemli bir yenilik olarak öne çıkmaktadır.

Geleneksel optik fiberler, tamamen silika camdan oluşan çekirdekleri nedeniyle kuantum teknolojilerinin ihtiyaç duyduğu dalga boylarında yetersiz kalmaktadır. Dr. Kristina Rusimova ve ekibi tarafından geliştirilen yeni fiberler ise bu sorunun üstesinden gelmeyi hedeflemekte. Bu konu ile ilgili olarak Dr. Kristina Rusimova şunları söylemektedir:

Günümüz telekomünikasyon ağlarımızın beygir gücü olan geleneksel optik fiberler, ışığı tamamen silika camın kayıpları tarafından yönetilen dalga boylarında iletmektedir. Ancak bu dalga boyları, ışık tabanlı kuantum teknolojileri için gerekli olan tek foton kaynaklarının, kübitlerin ve aktif optik bileşenlerin çalışma dalga boylarıyla uyumlu değildir.

Kuantum bilişimde ışığın rolü, geleceğin hesaplama yöntemlerine yönelik umut verici bir perspektif sunmaktadır. Fotonlar, yani ışığın temel parçacıkları kuantum teknolojilerinin sunduğu özelliklerden yararlanarak hesaplama süreçlerinde etki yaratma potansiyeline sahiptir. Bu özelliklerden başı çekenlerden biri Kuantum Dolanıklılığıdır. Bu olgu; iki ya da daha fazla parçacığın, birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar, bir şekilde birbirlerine bağlı kalmaları anlamına gelmektedir.

Dolanıklık; iki parçacığın, örneğin fotonların, kuantum durumlarının birbiriyle tamamen bağlantılı hale geldiği bir durumdur. Eğer bu iki foton dolanık hale gelmişse birinin durumu hakkında bilgi sahibi olmak, diğerinin durumunu da anında belirlemektedir. Buna örnek teşkil eden bir durum, dolanıklılığın klasik bilgisayarlardaki geleneksel bit kavramından farklı olmasıdır. Klasik bitler yalnızca iki durumda bulunabilirken (0 veya 1), dolanık foton çiftleri aynı anda hem 0 hem de 1 durumunda olabilmektedir. Bu durum; büyük ölçekli veri işleme, karmaşık optimizasyon problemleri ve simülasyonlar gibi alanlarda klasik bilgisayarların çok ötesinde bir performans sağlamaktadır.

Özellikle kuantum dolanıklığının bilgi işleme kapasitesini artırma yeteneği, kuantum bilgisayarlarının hızını ve verimliliğini belirgin derecede yükseltmektedir. Bu noktada bir kübitin dolanık olduğu diğer kübitlerle olan ilişkisi, hesaplama süreçlerinde tüm olası sonuçları aynı anda değerlendirebilme kapasitesi sunmaktadır.

Bath Üniversitesinde yapılan araştırmalar, kuantum internetin yeni ortaya çıkan teknolojilerin vaatlerini gerçekleştirmede kritik bir bileşen olacağını vurgulamaktadır. Dr. Cameron McGarry’ye göre mevcut internet gibi kuantum internet de bilgiyi düğümden düğüme iletmek için optik fiberlere dayanmaktadır. Ancak bu fiberler mevcut teknolojilerden çok farklı olacaktır ve farklılıktan kaynaklı olarak destekleyici teknolojiye ihtiyaç duyulacaktır. Bu bağlamda, Bath Üniversitesinde geliştirilen mikro yapılandırılmış özel optik fiberler, kuantum internetin karşılaşacağı teknik zorluklara potansiyel çözümler sunmaktadır.

SciTechDaily

Bu özel fiberler sadece düğümleri birbirine bağlamanın ötesinde kuantum hesaplamanın düğümlerde doğrudan uygulanmasını sağlayacak bileşenler olarak da ön plana çıkma potansiyeline sahiptir. Söz konusu fiberler, kuantum teknolojilerinde hayati roller üstlenebilecek şekilde tasarlanmaktadır. Örneğin dolanık tek fotonların üretilmesi, kuantum sinyallerinin dalga boylarının dönüştürülmesi, düşük kayıplı optik anahtarların oluşturulması veya kuantum hafızalarının depolanması gibi işlevler için kullanılabilmektedirler.

Bath Üniversitesinde üretilen bu özel fiberlerin çekirdekleri, mikro yapılandırılmakta ve kompleks bir hava cepleri ağı ile donatılmaktadır. Söz konusu yapı, fiber içerisindeki ışığın özelliklerini hassas bir şekilde kontrol etmeye olanak tanımaktadır. Araştırmacılar, bu sayede fiberin içinde dolanık foton çiftleri oluşturabilmektedir. Yani fotonların dalga boylarını (renklerini) değiştirebilir ve hatta fiberin iç yapısında tek atomları tuzaklayarak kuantum ölçümleri gerçekleştirebilmektedir.

Sonuç olarak mikro yapılandırılmış optik fiberler; kuantum bilişim, hassas algılama ve kırılmaz mesaj şifreleme gibi uygulamalarda büyük bir potansiyele sahiptir. Kuantum avantajı olarak bilinen bir kuantum aygıtının bir görevi geleneksel bir bilgisayardan daha verimli bir şekilde yerine getirme yeteneği henüz kesin olarak gösterilememektedir. Ancak Bath Üniversitesinde geliştirilen bu yeni nesil fiberlerin, kuantum teknolojilerinin ölçeklenebilirliğini ve etkinliğini artırma yolunda önemli bir adım olduğu ve geleceğin kuantum bilgisayarlarının temellerini atmada kritik bir rol oynayacağı öngörülmektedir.^[1]