Kırılamayan gizli kuantum mesajları iletmek için kullanılan uyduların fizibilitesini göstermek için bilim insanları uzaya gönderilen ve tekrar geri dönen fotonların kuantum özelliklerini ölçtüler.
Fizikçiler bir uyduya çarpan ve geri Dünya’ya yansıyabilen ışık demetlerini gönderdiler. İtalya’daki Padua Üniversitesi’nden Paolo Villoresi’nin araştırma grubu geri dönen fotonlarda kuantum girişim olarak bilinen bir özelliği gözlemlediler. Bu gözlem ise parçacıkların kuantum özelliklerinin 5 bin kilometrelik uzay yolculuğu boyunca bozulmadan kaldığını doğrulamış oldu. Araştırma grubunun bu çalışma ile ilgili bulguları Physical Review Letters dergisinde bir makale olarak yayınlandı.
Bu teknik bir gün uydu iletişiminde kuantum kriptografiye yol açabilir. Kuantum kriptografi kodlanmış gizli bir bilginin sadece kullanıcının bilebileceği (ing. snoop-proof) şifreleme anahtarlarıyla iletilmesini sağlayacak. Villoresi’ye göre kuantum kriptografi fiziğin ilerlemesi ve güvenli iletişim adına önemlidir. Hatta ona göre bu tek neden de değil, bunun aynı zamanda “havalı” olduğunu da düşünüyor. Biraz Sheldon Cooper gibi : )
Bu uydu temelli kuantum haberleşme aslında yeni bir çalışma değil. 2013 yılında bilim insanları Uluslararası Uzay İstasyonu’na bu fotonları göndererek deneyler gerçekleştirmişlerdi ve o zamanlar bu başarı 500 kilometre ile sınırlıydı. Şimdi ise kuantum kriptografi ile olası şifrelenmiş mesajların menzili 5000 kilometreye kadar çıkmış oldu.
Kuantum girişim fotonlar gibi çok küçük parçacıklara özgü kaçınılmaz bir gerçekliktir. Bir havuzda bir diğeri ile girişim yapabilen dalgalar gibi, dalga özelliklerine sahip kuantum parçacıklar kendileri ile girişim yapabilir. Bu girişim tıpkı havuzdaki dalgaların çarpıştıkça dalgaların büyümesi ve azalması gibi kuantum parçacıkların belirli bir zaman veya yerde görünme olasılığını artırıp azaltır. Böyle bir kuantum girişimi üretmek için bilim insanları süperpozisyon olarak bilinen bir durumda olan iki fotonu ilk başta ayırırlar. Süperpozisyondaki fotonların bir özelliği vardır, bu kuantum mekaniksel parçacıkların aynı anda iki yerde bulunabilmeleri mümkündür. İkinci olarak bilim insanları optik bir aparat boyunca ışık atımlarını gönderirler. Bu optik aparat her bir foton diğer tarafta birleşmeden önce eş zamanlı olarak iki yoldan geçecek şekilde tasarlanmıştır. Ancak bu yollardan biri diğerinden daha uzundur, bir foton diğer yolun sonuna geldiğinde, foton iki pakete ayrılmış olacak ve böylece diğerinden bir saniyenin birkaç milyarda biri kadar bir süreyle gecikmiş olacaktır. Böyle bir durum geçici süperpozisyon olarak adlandırılmaktadır. İtalya’daki Matera Laser Uzaklık Tayini Gözlemevi’ndeki bilim insanları da bunu yörüngedeki bir uyduya gönderdikleri fotonlarda denediler. Bu uydu içerisinde yer alan yansıtıcı sayesinde laser ile gönderilen fotonlar geri Dünya’ya dönebildi. Fotonlar Dünya’ya geri döndüklerinde dedektör içindeki bir optik düzenekten de geçmiş oldular. Kuantum girişimden dolayı fotonların geliş zamanları kuantum girişimin olmadığı durumdaki beklenen zamandan farklı oldu. Üstelik bilim insanlarının öngörüleriyle uyumlu bir şekilde bu girişimin miktarı uydunun hızına bağlı olarak değişti.
Tüm bunlar kuantum haberleşmenin laboratuvar ortamları dışında çalışabileceğini gösterdi. Yeni çalışmalarla belki daha uzun mesafelerde kuantum girişim denenecek ya da bu araştırma insanların kullanımına sunulacak yeni uygulamaların önünü açmış olacak.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Referanslar:
ScienceNews
http://www.kuark.org/2013/05/kuresel-kuantum-iletisim-agi-icin-ilk-deneyler/
Photo: Marco Tomasin
