2010 yılında Çinli fizikçilerin 16 kilometrelik bir uzaklık ile bilgiyi kuantum ışınlamalarından bu yana fizikçiler iki dolanık parçacık arasındaki uzaklığı giderek artırmayı başardılar. Bu yıl içinde ilk olarak Çinli fizikçilerin bu 16 km’lik rekoru 97 km’ye çıkardıklarını öğrendik, çok geçmeden Avrupalı fizikçilerden başka bir rekor geldi: Kanarya Adaları’nda gerçekleştirilen deneyde Avrupalı fizikçiler tam 143 km’lik bir uzaklıkta kuantum ışınlamayı başardılar.
Fizikçiler bu rekorla kuantum ışınlamanın geldiği noktanın daha ilerilere de taşınabileceğini adeta göstermiş oldu. Kanarya Adaları’ndan Kuzey Afrika’nın Atlantik kıyısındaki Tenerife ve La Palma arasındaki 143 km boyunca fotonlarla kuantum ışınlamayı başarmış oldular.
Kuantum ışınlama veya dolanıklık yardımıyla ışınlama kuantum bilginin temel birimi olan kubitin bir yerden başka bir yere uzay içinde iletilen bir kubit olmadan tam olarak aktarılabildiği bir süreçtir. Kuantum ışınlama kuantum bilgi işlemesi için kullanışlı bir süreçtir ancak bu süreç klasik bilginin anında iletimini sağlamamaktadır ve bu nedenle ışıktan hızlı iletişimde kullanılamaz. Kuantum ışınlama yaygın olarak bilinen; bir nesnenin bir yerden bir yere ışınlandığı anlamına gelen ışınlama ifadesi ile ilgili değildir çünkü kuantum ışınlama yukarıda belirtildiği gibi uzay üzerinde hareket eden bir kubit olmadan bir yerden başka bir yere kubit yani kuantum bilgi aktarımını ele alır. Yani iki ayrı yer arasında ne bir nesne kopyalanır ne bir parçacık alışı verişi olur ne de kuantum bilgi denilen kubitler bir noktadan diğer noktaya hareket eder. Ancak daha önce “kuantum ışınlanma ve kuantum dolanıklık” başlıklı yazımda belirttiğim gibi foton gibi dolanık iki parçacık arasında bu iki parçacığın dolanıklıktan ötürü birbirlerini aynı anda etkilemelerinden yola çıkılarak kuantum ışınlama adıyla bir iletişim süreci geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu yazıda aktarılan haber de temeli kuantum dolanıklığına dayanan çalışmalarla ilgili son noktayı içermektedir. Kuantum dolanıklığı hakkında detaylara bu “kuantum ışınlanma ve kuantum dolanıklık” başlıklı yazımda bulabilirsiniz.
100 km’ye yaklaşan Çinli araştırmacılar ve 143 km’de kuantum ışınlamayı başaran Avrupalı fizikçiler gelecek adımın yörüngedeki uydu yoluyla kuantum ışınlamayı gerçekleştirmek olduğunu ifade ediyorlar. Çünkü Yerküre’den 100-200 km yukarıda bir uydu ile kuantum ışınlama gerçekleştirilebilir. Öyle ki araştırmacılar teknolojinin bunun için olgunlaştığını da belirtiyorlar.
Image: Lawrence Berkeley National Laboratory
Kanarya Adaları’nda bu deney pek de kolay geçmemiş. Olağan koşullarda, kuantum bilginin aktarıldığı fotonlar atmosfer boyunca kuantum bilgi geçerken bir anlamda hırpalanır. Başka bir ifadeyle sızıntılar oluşur, yabancı fotonlar araya girebilir vs. Bu sebeple kuantum bilgiyi fotonlar yoluyla kuantum ışınlamak çok daha uzak yerler arasında zordur.
Avrupalı araştırmacıların söylediklerine göre rüzgar, yağmur, ani sıcaklık değişiklikleri hatta kum fırtınaları nedeniyle kötü hava koşulları altında deney oldukça kötü etkilenmiş. Bunu deneyi gerçekleştirenlerden Avusturya Vienna’dan Kuantum Optik ve Kuantum Bilgi Enstitüsü’nden Anton Zeilinger “Böyle koşullardan dolayı yaklaşık bir yıldır kuantum ışınlamayı deneysel olarak gerçekleştirmemiz gecikti” şeklinde yorumluyor.
Yine de bu deney uydu temelli bir kuantum iletişimde karşılaşılacak sorunlara dair işaretler taşımaktadır.
Bu deneyi gerçekleştirmek için Zeilinger ve arkadaşları kuantum sinyali bastıran gürültüyü önemli ölçüde azaltmak için bir takım yeni teknikler geliştirdiler. Örneğin kuantum sinyali artırmak için, bir frekans-ilintisiz polarizasyon dolanıklı foton çifti kaynağı yüksek oran ve yüksek kaliteye sahip dolanık fotonların sağlanması için geliştirilmiş, çevresel koşulların etkisini azaltmak için ışınlama deney düzeneğinde iyileştirmeler yapılmış, femtosaniye-laser dolanık foton kaynağındaki frekans korelasyonunu saf dışı bırakmak için bir interferometrik Bell-durumu sentezleyici temelli spektral bir süreç uygulanmış gibi bu teknikler sıralanabilir [3].
Belki bunların arasında en önemlisi adaların her ikisi üzerinde senkronize saatler için dolanık fotonları kullanmayı etkili bir şekilde gerçekleştirmenin bir yolunu bulmaktır. Bu önemli çünkü bu iyileştirme, fotonları göndermek ve sonra aynı anda ortaya çıkan fotonları alıcıda görmek için araştırmacılara olanak sağlıyor. Bu ise sinyali sıkıştırabilen/bozan yabancı fotonların sayısını önemli derecede azaltır. GPS sistemi bir 10 saniyelik tesadüf penceresine izin veren bir yolla saatlerin senkronize olmasını sağlar. Ama dolanıklığı arttırılmış senkronizasyon Zeilinger ve arkadaşlarının sadece 3 nanosaniye uzunluğunda bir tesadüf penceresi kullanmasına olanak tanır.
Çinli ve Avrupalı fizikçilerin arka arkaya olan bu çalışmalar sonucunda bir anlamda doğu ve batı arasında ilginç bir yarış da doğurmuş oldu. Böyle deneyler yörüngedeki uydularla kuantum ışınlama gibi çok daha iddialı bir fikir için o fikrin uygulanabilirliğini test eden deneylerdir.
Işınlama daha çok veya daha az mükemmel güvenli iletişimin temelidir, ödülü de hacklenemeyen küresel iletişim ağı olacak tabi teoride.
Araştırmayı gerçekleştiren fizikçiler deneylerinde uyguladıkları teknolojinin hem uydu hem de uzun mesafeli kara iletişimi için gerekli olgunluğa kesinlikle ulaştığını söylüyorlar.
Technology Review’deki yoruma göre [1] uydu-temelli kuantum iletişiminde yörüngede ilk kimin olacağı cevabı ayrıca merak edilen sorulardan. Avrupalı bilim insnaların böyle bir fikri sınayabileceği bir uzay ajansı var ama onlar acele etmeyebilirler. Çin ise günümüzde uzay alanında büyük bir hırsa sahip ve teknolojik gücünü de göstermek istiyor. Hem Avrupalı bilim insanları hem de Çinli bilim insanları gelecek adım için gerekli kaynaklara sahipler. Zaman içinde ilk uydu-temelli kuantum iletişimini kimin yapacağı ise gelecek yıllar içinde elbette ki görülecek.
Uydu-temelli kuantum iletişimin ardından kuantum ışınlama hakkındaki gelişmeleri kuantum ağ-kuantum internet kavramı olarak karşımıza çıkacağını da öngörmek çok da zor değil. Yeni araştırmalara ihtiyaç duyulan bu alanda yeni gelişmelerle daha hızlı internet ve yeni uygulamaların olduğu bir bilişim çağı bizleri bekliyor olabilir.
Son olarak bu çalışmanın Arxiv‘de bilim dünyasınca inceleme altında olduğunu ve henüz hakemli bir dergide yayınlanmadığını da belirtmek gerekir.
Hazırlayan: Gökhan Atmaca / http://facebook.com/anadoluca | http://twitter.com/kuarkatmaca
Gazi Üni. Nanoscale Devices and Carrier Transport Group – Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma
Kaynaklar:
- http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/27864/
- http://www.kuark.org/2012/04/kuantum-isinlanma-ve-kuantum-dolaniklik/
- http://arxiv.org/abs/1205.3909
