Önemli Bağlantı Tamamlandı: Kuantum İnternetin Temeli Atılıyor

Dr. Sarah Thomas kuantum optik laboratuvarında çalışıyor. Kredi bilgileri: Thomas Angus / Imperial College London Araştırmacılar, kuantum ağ oluşturmada kritik bir adım olan kuantum bilgisini ilk kez üretti, sakladı ve geri aldı. Kuantum bilgisini paylaşma yeteneği, dağıtılmış hesaplama ve güvenli iletişim için kuantum ağlarının geliştirilmesi açısından çok önemlidir. Kuantum hesaplama, finansal riskin optimize edilmesi, verilerin şifresinin çözülmesi, moleküllerin tasarlanması ve malzemelerin özelliklerinin incelenmesi gibi bazı önemli problem türlerinin çözümünde faydalı olacaktır.

Ancak kuantum bilgisinin uzun mesafelere iletildiğinde kaybolabilmesi nedeniyle bu gelişme erteleniyor. Bu engeli aşmanın bir yolu, ağı daha küçük parçalara bölerek hepsini ortak bir kuantum durumuna bağlamaktır. Bunu yapmak için kuantum bilgisini saklayacak ve tekrar çağıracak bir araca ihtiyaç vardır: yani bir kuantum hafıza cihazına. Bunun ilk etapta kuantum bilgisinin yaratılmasına izin veren başka bir cihazla 'konuşması' gerekiyor. Araştırmacılar ilk kez bu iki temel bileşeni birbirine bağlayan ve kuantum verilerini iletmek için normal optik fiberleri kullanan böyle bir sistem yarattılar. Bu başarı, Londra Imperial College , Southampton Üniversitesi ve Almanya'daki Stuttgart ve Würzburg Üniversitelerindeki araştırmacılar tarafından elde edildi ve sonuçları Science Advances'da yayınlandı . Imperial College London Fizik Bölümü'nden ortak yazar Dr. Sarah Thomas şunları söyledi: "İki önemli cihazı bir araya getirmek, kuantum ağ oluşturma konusunda ileriye doğru atılmış çok önemli bir adımdır ve bunu başaran ilk ekip olduğumuz için gerçekten heyecanlıyız." bunu gösterebiliyoruz.” Stuttgart Üniversitesi'nden ortak yazar Lukas Wagner şunları ekledi: "Uzun mesafeli konumların ve hatta kuantum bilgisayarların bağlanmasına izin vermek, gelecekteki kuantum ağları için kritik bir görevdir."

Uzun mesafe iletişimi 

İnternet veya telefon hatları gibi normal telekomünikasyonda bilgiler büyük mesafelerde kaybolabilir. Bununla mücadele etmek için, bu sistemler düzenli noktalarda sinyali okuyan ve yeniden güçlendiren, hedefine sağlam bir şekilde ulaşmasını sağlayan 'tekrarlayıcılar' kullanır. Ancak klasik tekrarlayıcılar kuantum bilgiyle kullanılamaz çünkü bilgiyi okuma ve kopyalamaya yönelik herhangi bir girişim onu ​​yok eder. Bu bir açıdan avantajdır, çünkü kuantum bağlantılarına bilgiler zarar vermeden ve kullanıcılar uyarılmadan "dinlenemez". Ancak uzun mesafeli kuantum ağı için bu üstesinden gelinmesi gereken bir zorluktur.

Bu sorunun üstesinden gelmenin bir yolu, kuantum bilgisini dolaşık ışık parçacıkları veya fotonlar biçiminde paylaşmaktır. Dolanık fotonlar, biri olmadan diğerini anlayamayacağınız şekilde ortak özellikler paylaşırlar. Dolaşıklığı bir kuantum ağı üzerinden uzun mesafeler boyunca paylaşmak için iki cihaza ihtiyacınız vardır: biri dolaşık fotonları oluşturmak için, diğeri ise onları depolamak ve daha sonra geri alınmalarına izin vermek için. Dolaşmış fotonlar biçiminde kuantum bilgileri oluşturmak ve bunları depolamak için kullanılan çeşitli cihazlar var, ancak hem bu fotonları talep üzerine üretmek hem de bunları depolayacak uyumlu bir kuantum belleğe sahip olmak araştırmacıların gözünden uzun süre kaçtı. Fotonların belirli dalga boyları vardır (görünür ışıkta farklı renkler oluşturur), ancak onları oluşturan ve depolayan cihazlar genellikle farklı dalga boylarıyla çalışacak şekilde ayarlanır ve bunların arayüz oluşturması önlenir. Ekip, cihazların arayüzünü oluşturmak için her iki cihazın da aynı dalga boyunu kullandığı bir sistem oluşturdu. Bir 'kuantum noktası' (dolaşık olmayan) fotonlar üretti ve bunlar daha sonra fotonları rubidyum atomlarından oluşan bir bulut içinde depolayan bir kuantum hafıza sistemine aktarıldı. Bir lazer hafızayı 'açık' ve 'kapalı' hale getirerek fotonların depolanmasına ve talep üzerine serbest bırakılmasına olanak sağladı. Bu iki cihazın dalga boyu eşleşmekle kalmadı, aynı zamanda günümüzde kullanılan telekomünikasyon ağlarıyla da aynı dalga boyundaydı; bu da günlük internet bağlantılarında kullanılan normal fiber optik kablolarla iletilmesine olanak sağlıyordu.

Avrupa İşbirliği 

Kuantum nokta ışık kaynağı, Würzburg Üniversitesi'nin desteğiyle Stuttgart Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından oluşturuldu ve daha sonra Imperial ve Southampton ekibi tarafından oluşturulan kuantum bellek cihazıyla arayüz oluşturmak üzere Birleşik Krallık'a getirildi. Sistem, Imperial College London'ın bodrum katındaki bir laboratuvarda toplandı.

Yeni sistemden daha verimli olan bağımsız kuantum noktaları ve kuantum hafızaları oluşturulurken, bu, cihazların arayüz oluşturacak şekilde ve telekomünikasyon dalga boylarında yapılabileceğinin ilk kanıtıdır. Ekip şimdi, tüm fotonların aynı dalga boyunda üretilmesini sağlamak, fotonların ne kadar süre saklanabileceğini iyileştirmek ve tüm sistemi daha küçük hale getirmek de dahil olmak üzere sistemi iyileştirmeye çalışacak. Southampton Üniversitesi'nden ortak yazar Dr. Patrick Ledingham, konseptin bir kanıtı olarak bunun ileriye doğru atılmış önemli bir adım olduğunu söylüyor: "Kuantum topluluğunun üyeleri bir süredir aktif olarak bu bağlantıyı kurmaya çalışıyor. Buna, bu deneyi daha önce farklı bellek ve kuantum nokta cihazlarıyla iki kez denemiş olan, beş yıldan daha eski bir geçmişe sahip olan bizler de dahiliz, bu da bunun ne kadar zor olduğunu gösteriyor. "Bu seferki atılım, deneyin her bir bölümünü özel ekipmanlarla geliştirmek ve yürütmek için uzmanları bir araya getirmek ve cihazları senkronize etmek için birlikte çalışmaktı."