Kuantum Bilgi Paylaşımı Yapabilen İki Yonga Geliştirildi!

Kuantum haberleşmede her zaman en büyük zorluk, parçacıkların dolanıklık halinin süresini uzatmaktır. Kuantum veri, dolanık haldeki parçacıklar tarafından taşındığından dolayı dolanıklık durumunun süresi verinin kat edeceği mesafeyi belirler. Fiber optik kabloların gün ışığını absorbe etme özelliği, veriyi taşıyan parçacıkların dolanıklık durumunu sekteye uğrattığından ötürü kuantum iletişimin doğrudan fiber optik bağlantılar üzerinden gerçekleştirilmesi kat edilecek mesafeyi oldukça sınırlandırıyor.

Özünde bilgiyi saklayan kablolara bağlı kuantum dolanıklık ağ yönlendiricilerinin kurduğu bir ağ olan kuantum interneti hayata geçirmek de aynı zamanda bilgiyi saklama ve dolanık parçacığı gönderebilme niteliklerine sahip ağ yönlendiricileri gerektirir.

Viyana Üniversitesinden Ralf Riederinger yönetimindeki bir grup araştırmacı tam da bu özelliklere sahip ağ yönlendiricileri geliştirdi. Bu cihaz, kablolar yoluyla gönderilen kuantum veriyi alan ve içinde muhafaza edebilen bir nano makine.

Ağ yönlendiricisi, elektron demeti litografisi ve plasma reaktif iyon aşındırma kullanan, nano boyuttaki silikon yankılayıcılardan (İng: "resonator") oluşuyor. Söz konusu yankılayıcılar gitar teli gibi titreşen küçük silikon demetleri içeriyor. Cihazın kuantum bilgiyi muhafaza edebilmesi için silikon demetçiklerin belli bir frekansta titreşmesi gerekiyor.

Riedeger ve ekibi, 500 yankılayıcı üretip özdeş çiftleri tespit etmek için her yongayı denedikten sonra 5.1 Gigahertz (yaklaşık 1.558,8 nanometre dalga boyu) frekansında mutabık kaldılar. Bu konuyla ilgili, araştırmacılar şunları yazdı:

Yonga başına test edilen 234 cihaz içerisinden söz konusu şartları karşılayan toplam 5 çift bulabildik.

Her iki yonga bir buzdolabına yerleştirilirken aralarında 20 cm mesafe kalacak şekilde 70 metrelik fiber optik kabloyla birbirlerine bağlandı. Nihayetinde iki yankılayıcı da başarıyla dolanıklığı sağladılar. Makalede bu konuya şöyle değinilmiş:

İki nano mekanik cihaz ile iki yonga arasında kuantum dolanıklığı gerçekleştirdik ve ispatladık.

Kavram kanıtlamaya deneyinde araştırmacılar, parçacıkları temel durumda (kuantum vakum) tutmak için ilk önce mutlak sıfıra ulaşana dek yankılayıcıları soğuttular. Dolanıklığı mümkün hale getirmek için belirlenen frekanstaki fotonları taşıyan fiber optik kablolarla  yankılayıcılar birbirine bağlandı. Denemeler 20 cm'lik mesafe ile yapılsa da bu uzunluk önemli ölçüde arttırılabilir. Çalışmanın raporunda bu konudan şöyle bahsediliyor:

Aradaki mesafeyi birkaç kilometreye ya da daha da ötesine çıkarmamak için herhangi bir kısıtlayıcı sebep görmüyoruz. Burada sunulan sistem çok sayıdaki cihaza uyumlu olacak şekilde tekrar gözden geçirilebilir ve gerçek bir kuantum ağına entegre edilebilir.

Kısacası geliştirilen ağ yönlendiricisi, kuantum internet hayata geçirilirken çok önemli olabilecek bir cihazdır. Hatta mikrodalga frekansları yoluyla bilgi taşımak için sistem tekrar elden geçirilebilir.  Böylelikle bu frekanslarda çalışan kuantum bilgisayarlarla bağlantı sağlanacaktır. Araştırmada yer alan bilim insanları çalışma hakkında şöyle öngörülerde bulunuyor:

Çalışmamızın sonuçlarına kuantum veriyi optik kablolardan mikrodalgalara transfer edecek opto-mekanik cihazların dahil edilmesi, süper iletken kuantum bilgisayarlarda kullanılacak geleceğin kuantum internetinin bel kemiğini oluşturabilir.

Tıpkı kuantum bilgisayarların problem çözme yeteneğimizi değişime uğratması gibi kuantum internetin de haberleşme alanında bir devrim yaratması bekleniyor. Uzmanlar güvenli kuantum ağının hayata geçmesine yalnızca 10 yıl kaldığını tahmin ediyor.