Northwestern Üniversitesi mühendisleri, halihazırda internet trafiğini taşıyan bir fiberoptik kablo üzerinden kuantum ışınlanmasını başarıyla gerçekleştiren ilk ekip oldu.
Bu başarı, bilgiyi herhangi bir mesafeye anında ışınlamanın ergonomik bir yolunun bulunduğu anlamına geliyor. Kuantum ışınlanmasının halihazırda mevcut olan internet kablolarıyla gerçekleştirilmiş olması, son derece hızlı ve yeni bir iletişim biçiminin yakın gelecekte kullanıma sunulabileceğini düşündürüyor.
Işınlanma genellikle bilimkurguda insanların ışık hızıyla herhangi bir yere seyahat edebilme yeteneği olarak işleniyor. Ancak bu teknolojinin canlılar veya insan boyutunda nesneler için uygulanabileceği henüz kanıtlanmış değil.
Yine de bilgiyi bu şekilde ışınlamanın mümkün olduğu biliniyor ve bilim insanları yıllardır bunu, yaygın ölçekte kullanılabilir bir teknolojiye dönüştürmek için çalışıyor.
Kuantum dolanıklık
Kuantum ışınlanması, kuantum dolanıklık olarak bilinen bir olguya dayanıyor. İki veya daha fazla parçacığın kuantum durumlarının birbirine bağlı hale gelmesi ve birinin durumu ölçüldüğünde diğerinin durumunun mesafeden bağımsız olarak anında belirlenmesine "donalıklık" adı veriliyor.
Bu durumun daha rahat anlaşılması için de sıklıkla dile getirilen bir düşünce deneyine başvurulabilir: Bu hayali deneyde bir kutunun içinde biri kırmızı, diğeri mavi olmak üzere iki eldiven vardır ve bunlar farklı yerlere gönderilir. Eğer bir kutuyu açıp kırmızı eldiveni bulursanız, diğer kutudaki eldivenin mavi olduğu anlaşılır. Kuantum dolanıklığında ise fark şu: Eldivenler aslında kutular açılana kadar bir renk seçmemiştir. Onlar kırmızı ve mavi olma olasılıklarının ikisini de taşıyan süperpozisyon halindedir. Siz bir kutuyu açıp rengi gördüğünüz anda, diğer kutudaki eldivenin rengi de belirlenmiş olur.
Kuantum dolanıklık olgusunda iki parçacık, birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar birbirine bağlıdır ve bilgi alışverişi için aralarındaki fiziksel mesafeyi kat etmeleri, yani seyahat etmeleri gerekmez.
'Yoğun bir otoyoldaki bisiklet gibi'
Klasik iletişim yöntemleri, milyonlarca ışık parçacığından oluşur. Kuantum iletişiminde ise yalnızca bir çift foton (ışık parçacıkları) kullanılır. Daha önce araştırmacılar, bu bireysel fotonların klasik iletişim parçacıklarının kullandığı 'yoğun otoyoldan' geçemeyeceğini düşünüyordu.
Bir çift foton, bu yolda tıpkı yer altı geçidinde devasa kamyonların etrafından dolaşmaya çalışan bir bisiklete benzetiliyor.
Ancak Northwestern Üniversitesi araştırmacıları, bu hassas fotonların yoğun trafikten uzak durmasına yardımcı olacak bir yol buldu. Işığın fiberoptik kablolar içinde nasıl dağıldığına dair derinlemesine çalışmalar yürüten araştırmacılar, fotonları yerleştirebilecekleri daha tenha bir ışık dalga boyu tespit etti.
Bu dalga boyu, diğer sinyallerden daha az parazit alıyor ve fotonların geçmesini kolaylaştırıyordu. Fotonu bu dalga boyuna yerleştiren ekip, düzenli internet trafiğinden kaynaklanan gürültüyü azaltmak için de özel filtreler ekledi.
'Kimse bunun mümkün olduğunu düşünmüyordu'
Çalışmaya liderlik eden Northwestern Üniversitesi'nden Prem Kumar ve ekibi, buldukları yeni yöntemi test etmek için her iki ucunda dolanık bir foton bulunan 30 kilometre uzunluğunda bir fiberoptik kablo kurdu. Ardından, eş zamanlı olarak kuantum bilgisi ve düzenli internet trafiğini kablo üzerinden gönderdi.
Ekip, ışınlanma protokolünü yürütürken alıcı uçtaki kuantum bilgisinin kalitesini, orta noktada kuantum ölçümleri yaparak belirlemeye çalıştı. Sonunda, yoğun internet trafiği hızla geçerken bile kuantum bilgisinin başarıyla iletildiği tespit edildi.
Kumar bundan sonra deneyleri daha uzun mesafelerde yeniden gerçekleştirmeyi planlıyor.
Bilim insanı, "Bu inanılmaz derecede heyecan verici çünkü kimse bunun mümkün olduğunu düşünmüyordu," dedi.
"Çalışmamız, birleşik bir fiberoptik altyapıyı paylaşan yeni nesil kuantum ve klasik ağlara giden bir yol gösteriyor. Kuantum iletişimini bir sonraki seviyeye taşımak için kapıyı aralıyor."
Kuantum iletişim
Çinli bilim insanlarının öncülüğündeki bir uluslararası araştırma ekibi, Çin ile Güney Afrika arasında uydu aracılığıyla 12 bin 900 metre mesafeden kuantum iletişimini gerçekleştirerek bu alanda rekor kırdı.
Xinhua ajansının haberine göre, Çin Teknoloji ve Bilim Üniversitesinden araştırmacılar, sonuçları Nature dergisinde yayımlanan deneyde, Jinan-1 teknoloji test uydusunu kullanarak Çin'deki yer istasyonundan Güney Afrika'daki yer istasyonuna gerçek zamanlı kuantum anahtar dağıtımı (QKD) yapmayı başardı.
Şifrelenmiş sinyalleri 12 bin 900 kilometre uzağa aktaran araştırmacılar, dünyanın en uzun mesafeli güvenli kuantum iletişimini gerçekleştirdi.
Deney, küresel ölçekte güvenli kuantum iletişimi potansiyelini göstermesi bakımından çığır açıcı görülüyor.
Çin Teknoloji ve Bilim Üniversitesinden araştırmacılar, 2022'de 833 kilometrelik fiber optik kablo üzerinde kuantum anahtar dağılımını gerçekleştirerek bu alanda rekor kırmıştı.
Kuantum internet
Kanadalı ve Çinli bilim adamları, fiber optik ağda bir yerden diğerine bilgiyi, fiziksel herhangi bir şey üzerine yüklemeden aktarmayı başardı.
Sonuçları Nature Photonics dergisinde yayımlanan araştırmalarda, iki farklı ekip, iki şehirde fiber optik ağda kilometrelerce uzağa bilgi ışınladı.
Bilginin, "Uzay Yolu" filmi serisinde izlenenden farklı bir teknikle ışınlandığı, araştırmalarda kullanılan düzeneklerin, gelecekteki kuantum internetinin yapı taşlarından biri olarak görülebileceği ifade edildi.
Kanadalı bilim adamı Wolfgang Tittel ve meslektaşlarının araştırmasında, bir fotonun kuantum hali, Calgary kentinde 8,2 kilometre uzağa ışınlandı.
Diğer araştırmada da Çin Teknoloji ve Bilim Üniversitesinden Çiang Cang ve Cian-Vey Pan, Hıfey kentinde 30 kilometrelik fiber optik ağda bilgi ışınlamak için farklı bir düzenek kullandı.
Uzak mesafeler arasında ışınlamanın, kuantum kriptografinin vadettiği son derece güvenli iletişime yönelik önemli bir adım olarak nitelendiriliyor.
Kuantum dolanıklık nedir?
"Livescience.com" internet sitesinde yer alan habere göre, İspanya'daki Foton Bilimi Enstitüsünden (ICFO) araştırmacılar, deney için küçük bir cam tüp içinde buharlaştırılmış rubidiyum ile durağan haldeki nitrojeni 177 dereceye kadar ısıttı.
Araştırmacılar, tüp içinde ışık-atom etkileşimlerini ölçerek rubidyum gaz bulutlarında kaotik halde dolaşan atomların dönüş ve birbirine bağlanma hareketlerini inceledi.
Bilim insanları bu sıcak ve kaotik karışım içinde saniyenin binde biri süre içinde, kuantum dolanıklığının gözlenebileceği, atomların çarpışmalarla birbirine aktarılan dönüşlerinin sıfır toplamlı olduğu makroskopik dönüş hali yaratmayı başardı.
Deneyde, atomların etkileştiği sıcak karışım içinde, saniyenin binde biri kadar sürede 15 trilyon atom birbirine bağlandı.
Araştırmaya önderlik eden Çinli araştırmacı Jia Kong, dolanıklık fenomeninin kuantum teknolojilerinin en ilginç veçhelerinden biri olduğunu vurgulayarak, "Dolanıklıkla bağlantılı kuantum teknolojileri bugüne kadar yalnızca düşük sıcaklık ortamında uygulanıyordu, soğuk atomik sistemde olduğu gibi. Bu durum dolanıklık hallerinin teknolojiye uyarlanmasını olanaksız kılıyordu. Bu yüzden dolanıklıklığın sıcak ve kaotik ortamda istikrarlı şekilde yaratılıp yaratılamayacağı ilginç bir soruydu. Çalışmamız, dolanıklığın sıcak ve kaotik ortamın tesadüfi müdahaleleri tarafından bozulmadan gerçekleşebildiğini gösterdi." değerlendirmesinde bulundu.
Araştırmanın sonuçları "Nature" dergisinde yayımlandı.
Kuantum bilişim
Çinli kuantum fizikçileri Pan Cienvey, Cu Şiaobo, Pıng Çıngcı, "Zuchongzi 3.0" adını verdikleri yeni prototipin işlem kabiliyetine ilişkin sonuçları, "Physical Review Letters" dergisinde yayımladı.
Yeni prototipin, 105 kuantum bit (kübit) ve 182 bağlaştırıcı ile işlem yaparak, rastlantısal kuantum döngüsü örnekleme görevlerini, en gelişmiş süper bilgisayarlardan katrilyon kez daha hızlı yapabildiği belirtildi.
Öte yandan yeni prototipin, ABD'li teknoloji şirketi Google'ın geliştirdiği "Scyamore" prototipinin, en son Ekim 2024'te "Nature" dergisinde yayımladığı performans sonuçlarından 1 milyon kat hızlı olduğu kaydedildi.
"Kuantum üstünlüğü" olarak da anılan kuantum bilişim avantajı, kuantum bilgisayarların belirli görevlerde klasik süper bilgisayarlardan daha yüksek performans göstermesini ifade ediyor.
Kuantum üstünlüğü, kuantum bilişimi ile uygulamalar geliştirmeye yönelik çabaları meşru kılmanın yanı sıra bir ülkenin kuantum araştırmaları alanındaki gücünü de gösteriyor.
ABD ve Çin arasındaki rekabet
ABD ve Çin, halen kuantum bilişimi araştırmalarına öncülük eden iki ülke konumunda bulunuyor. ABD, 2019'da, "Sycamore", Çin ise 2020'de "Jiuzhang" kuantum prototipleriyle "kuantum üstünlüğüne" ulaşmayı başarmıştı.
Çinli araştırmacılar, 2021'de 66 kübitlik "Zuchongzhi 2.1" kuantum bilgisayarı prototipini geliştirmişti.
Uzmanlar, "Zuchongzhi 3.0"ün işlem kapasitesi bakımından önceki prototipte kıyasla kayda değer ilerleme sağladığına dikkati çekiyor.
Nato'dan kuantum stratejisi
NATO'dan yapılan açıklamada, kuantum teknolojilerinin inovasyon dünyasında "devrim" niteliğinde değişiklikler oluşturma potansiyeline işaret edilirken, bu teknolojilerin "oyunun kurallarını" değiştirebileceği belirtildi.
Stratejinin, NATO'yu söz konusu değişiklikler ve kuantum çağına hazır hale getirirken aynı zamanda ittifakın savunma ve güvenliğini geliştirmesinin amaçladığı kaydedildi.
Kuantum teknolojisinin savunma ve güvenlik üzerindeki etkileri nedeniyle NATO için "en öncelikli" alanlardan biri olduğu vurgulanırken, plan ile NATO'nun kuantum teknolojilerinin olası kötüye kullanımına karşı kendini koruyacak konuma getirilmesi hedefleniyor.
Strateji, kuantumun algılama, görüntüleme, hassas konumlandırma, navigasyon ve zamanlama gibi alanlarda savunma ve güvenliğe nasıl uygulanabileceğini, denizaltıların tespitini nasıl iyileştirebileceğini ve kuantuma dayanıklı kriptografi kullanarak veri iletişiminin nasıl geliştirilip güvenli hale getirebileceğini ana hatlarıyla ortaya koyuyor.
AA, euronews
