Işınlanma artık sadece bilim kurgu filmlerine özgü değil. Bilim insanları, kuantum bilgisini her zamankinden daha net ve verimli bir şekilde göndermenin bir yolunu buldu. Araştırmacılar, “nanofotonik platform” adı verilen inanılmaz derecede küçük bir malzeme kullanarak, tek ışık parçacıklarıyla bile kuantum bilgisinin ne kadar iyi iletilebileceğini önemli ölçüde geliştirdi. Bu çığır açıcı gelişme, ışınlanmanın bir gün gerçek dünya iletişim ağlarının bir parçası olabileceği anlamına geliyor ve bilginin uzayda bir zamanlar imkansız olduğu düşünülen şekillerde dolaştığı bir geleceğin kapısını aralıyor.
Nanofotonik Platform Verimlilik Sorununu Çözdü
Araştırmacılar yıllardır, “doğrusal olmayan optik” (nonlinear optics) süreçleri kullanmanın kuantum iletişim sistemlerini daha güvenilir ve belirli hata türlerine karşı daha dirençli hale getirebileceğini biliyorlardı. Ancak önceki girişimler, bu sistemlerin gerçek kuantum iletişimi için gereken aşırı düşük ışık seviyelerinde çalışamaması nedeniyle başarısız olmuştu. Şimdi ise Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign’den bir ekip büyük bir atılım gerçekleştirdi. Doğrusal olmayan sistemlerini indiyum-galyum-fosfit (InGaP) içeren bir nanofotonik platform kullanarak inşa ettiler ve verimliliği önemli ölçüde artırdılar. Yaklaşımları çok daha az ışıkla, hatta ışığın en küçük birimleri olan tek fotonlarla bile çalışıyor ve doğrusal olmayan optikle pratik kuantum iletişimine giden ilk gerçek yolu sunuyor.
Bilgi Aktarımında Doğruluk Oranı Rekor Seviyeye Ulaştı
Projenin lideri, Illinois Üniversitesi’nden elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü Kejie Fang, “Doğrusal olmayan sistemimiz, kuantum bilgisini %94 doğrulukla iletiyor; doğrusal optik bileşenler kullanan sistemlerde teorik sınır %33’tür,” dedi. “Bu bile tek başına doğrusal olmayan optikle kuantum iletişiminin gücünü gösteriyor. Çözülmesi gereken büyük sorun verimlilikti. Nanofotonik bir platform kullanarak verimliliğin, teknolojinin umut verici olduğunu gösterecek kadar arttığını gördük.” Ekip, bu platformla dönüşüm verimliliğinde 10.000 kat artış sağlayarak, geçmişteki 100 milyonda 1’lik oranı 10.000’de 1’e çıkardı.
Kuantum Dolanıklık Bilgi Aktarımını Sağladı
Kuantum bilgisinin ağlar üzerinden iletilmesi, kuantum ışınlama protokolü ile kolaylaştırılıyor. Bu protokolde, genellikle tek fotonlar olan iki kuantum nesnesinin, aralarında belirgin bir fiziksel bağlantı olmasa bile birbirini etkilediği kuantum dolanıklık olgusundan yararlanılır. Bu sayede kuantum bilgisi, bir iletişim kanalından geçirilmeden göndericiden alıcıya aktarılır. Bu yöntemin avantajı, dış gürültünün ve kanal kusurlarının etkilerinin büyük ölçüde azaltılmasıdır. Ancak kuantum ışınlamanın performansını sınırlayan iki faktör vardır: Standart, doğrusal optik bileşenlerin kullanımının doğasında var olan belirsizlikler ve dolanık fotonların üretildiği sürecin kusurlu olması (özellikle birden fazla foton çifti üretme – çoklu foton gürültüsü).
Doğrusal Olmayan Optik Gürültüyü Azalttı
Çalışmanın ortak yazarlarından Illinois Üniversitesi fizik profesörü Elizabeth Goldschmidt, “Çoklu foton gürültüsü, tüm gerçekçi dolanıklık kaynaklarında meydana gelir ve kuantum ağları için ciddi bir sorundur,” dedi. “Doğrusal olmayan optiğin çekiciliği, temelindeki fizik sayesinde çoklu foton gürültüsünün etkisini azaltabilmesi ve kusurlu dolanıklık kaynaklarıyla çalışmayı mümkün kılmasıdır.” Doğrusal olmayan optik süreçler (bu çalışmada “toplam frekans üretimi” – SFG), farklı frekanslardaki fotonların birleşerek yeni frekanslarda yeni fotonlar oluşturmasına neden olur. SFG, kuantum ışınlamada kullanıldığında, yalnızca başlangıçtaki iki fotonun belirli frekanslara sahip olması durumunda çalışır. Bu durum, çoğu dolanık foton kaynağındaki ana gürültü türünü (aynı anda birden fazla özdeş foton üretilmesi) filtreler ve çok daha yüksek ışınlama doğruluklarına olanak tanır.
Araştırmacılar, daha fazla geliştirmeyle doğrusal olmayan optik bileşenlerle kuantum ışınlamanın daha da verimli hale getirilebileceği konusunda iyimserler ve bunun dolanıklık değişimi gibi diğer kuantum iletişim protokollerinde de kullanılacağına inanıyorlar.
Bilim Kurgu Gerçek Oldu: Tek Fotonla Kuantum Işınlama Başarıyla Gerçekleştirildi! yazısı ilk önce BeeTekno | Güncel Teknoloji Haberleri ve İncelemeler yayınlanmıştır.