Bilimde bir ilk: Fotonların kuantum durumu ışınlandı

Bu sayede, geleceğin kuantum iletişim hatlarında, araya yerleştirilecek tekrarlayıcı istasyonlar sayesinde bilgi çok uzun mesafelere taşınabilecek ve yol boyunca bozulmadan korunabilecek. Ekip, bu istasyonların temelinde “kuantum nokta” (quantum dot) adı verilen özel yarı iletkenlerin yer alacağını gösterdi.

Bugün klasik internet kablolarında ışık sinyali zayıfladığında “amplifikatör”lerle güçlendiriliyor. Ama kuantum bilgiyi taşıyan fotonları basitçe güçlendirmek mümkün değil; çünkü kuantum durumuna dokunduğunuz anda bilgiyi bozmuş oluyorsunuz. Bu yüzden aynı özelliklere sahip, neredeyse ayırt edilemeyen fotonlar üretebilen özel ışık kaynaklarına ihtiyaç var.

KUANTUM NOKTALAR NE?

Kuantum noktalar, çok küçük yarı iletken yapılar; öyle ki, tek tek foton yayacak kadar kontrollü çalışabiliyorlar. En büyük avantajları, bu fotonların frekansını yani “rengini” olağanüstü hassasiyetle ayarlayabilmeleri. Böylece farklı kuantum noktalardan çıkan fotonlar bile neredeyse birbirinin kopyası gibi davranabiliyor.

Stuttgart ekibi, tam da bunu kullanarak, iki ayrı kuantum noktadan çıkan fotonlar arasında kuantum bilgisini aktardı. Ekipten fizikçi Peter Michler, “Dünya’da ilk kez iki farklı kuantum noktadan gelen fotonlar arasında kuantum bilgisi transfer etmeyi başardık” diyerek çalışmanın önemini vurguluyor.

Burada “teleportasyon” denilen şey, bilimkurgu filmlerindeki gibi maddenin yer değiştirmesi değil. Aslında fotonlardan birinin kuantum durumu diğerine aktarılıyor. Yani bilgi, aradaki kuantum bağlantısı sayesinde bir parçacıktan diğerine “sıçrıyor”. Fotonun kendisi yok olup başka yerde belirmiyor; değişen, taşıdığı kuantum bilgi oluyor.

MEVCUT ALTYAPI KULLANILACAK

Bu deneyin bir diğer kritik tarafı ise kullanılan altyapı. Araştırmacılar, deneyi gerçekleştirmek için bugün evlerimize kadar gelen klasik fiber optik kablolara benzer standart bir optik fiber hat kullandı. Kablo uzunluğu şimdilik yaklaşık 10 metre civarında, ama prensibin bu altyapı üzerinde çalışabildiği gösterilmiş oldu.

Bilim insanları, geleceğin kuantum internetinin en azından bir kısmında mevcut fiber altyapının değerlendirilmesini bekliyor. Üzerine eklenecek kuantum katmanı ise özellikle güvenlik ve veri bütünlüğü açısından kritik olacak. Kuantum anahtar dağıtımı ve “dinlemeye imkân vermeyen” şifreleme sistemleri, bu tür deneyler sayesinde gerçeğe bir adım daha yaklaşıyor.

Araştırma ekibi, bir sonraki hedeflerinin hem mesafeyi büyütmek hem de başarı oranını artırmak olduğunu söylüyor. Şu anda kuantum teleportasyon denemelerinin başarı oranı yüzde 70’in biraz üzerinde. Bu oranın yükselmesi, gerçek bir kuantum ağının kurulabilmesi için şart.

Bilim insanları, elde ettikleri sonuçların kuantum nokta tabanlı teknolojinin olgunlaştığını gösterdiğini ve geleceğin kuantum iletişim sistemleri için önemli bir yapı taşı sunduğunu belirtiyor. Kısacası, henüz yolun başında olsak da, kuantum internet için gereken parçalar birer birer yerine oturmaya başladı.