Bu başlık altında geleceğin öncüsü kuantum bilgisayarlar ve interneti tartışalım.
Uzun Mesafeli Kuantum İletişiminin Genişleyen Ufukları Işınlanma - geleceğin kuantum internetlerinin malzemesi - artık doğrudan bağlı kübitler gerektirmez.
Kuantum ışınlanması 25 yıl önce gerçeğe dönüştüğünden beri , bilim adamları sınırlarını zorladı. Işınlanma - Star Trek evreninin dışında - kuantum dolanıklığı yoluyla bir kuantum durumunun bir sistemden diğerine iletilmesinden oluşur. İki kuantum sistemi (bir lazer tuzağındaki iki atom) yan yana olabilir veya keyfi olarak büyük mesafelerle ayrılabilirler. Kulağa tuhaf gelse de, kuantum ışınlanma laboratuvarda geniş çapta gözlemlendi ve hatta ortaya çıkan kuantum teknolojilerinde kullanıldı . Bugüne kadar, bilim adamları 1.400 kilometreye varan mesafelerde kuantum ışınlanmasını başardılar.. Ancak fiziksel mesafeden başka sınırlamalar da vardır. Şimdiye kadar, kuantum ışınlanması yalnızca, örneğin birbirleriyle doğrudan temas halinde olan atomlar arasında gerçekleşebiliyordu.
Ancak yeni bir çalışmada, araştırmacılar, hiçbir doğrudan bağlantı paylaşmayan iki uzak düğüm arasında ilk kez kuantum ışınlamayı başardılar. Bu ilerleme, kuantum bilgisayarları birbirine bağlayacak, günümüzün bulut bilgi işlem çerçevelerinin klasik bilgisayarlar için yaptığı gibi, veri ve hesaplamaları biraz paylaşmalarını sağlayacak bir kuantum İnternet'e doğru önemli bir adımı temsil ediyor.
“Nesneleri değil, kuantum bilgilerini ışınlıyoruz. Nesnelerin ışınlanması çalışmıyor.”
—Ronald Hanson, Delft Teknoloji Üniversitesi
Kuantum fiziği, dolaşıklık olarak bilinen garip bir fenomeni mümkün kılar. Temel olarak, birbirine bağlanan veya "dolaşan" fotonlar gibi iki veya daha fazla parçacık, teorik olarak, birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar, anında birbirlerini etkileyebilirler. Dolaşıklık, hiçbir geleneksel bilgisayarın çözemediği sorunları teorik olarak çözebilen kuantum bilgisayarların çalışması için gereklidir ve neredeyse kırılmaz kuantum şifrelemedir.
Kuantum bilgisayarları birbirine bağlayabilen ve kuantum şifreli mesajları iletebilen bir kuantum İnterneti geliştirmek için bilim adamlarının, ağın düğümleri arasında kuantum bilgilerini paylaşmanın bir yoluna ihtiyacı var. Ancak, bu tür kuantum verileri kırılgandır. Fotonlarda kodlanmış kuantum bilgisi göndermek isteseydiniz, yeterince büyük cam elyaf uzunluklarında kuantum veri kaybı kaçınılmaz olarak gerçekleşirdi.
Kuantum bilgilerini büyük mesafelere göndermenin potansiyel olarak daha iyi bir yolu, kuantum ışınlamadır. Tıpkı bilim kurguda olduğu gibi, böyle bir ışınlanmaya maruz kalan kuantum verileri, esasen bir yerde kaybolur ve başka bir yerde yeniden ortaya çıkar. Bu kuantum bilgisi araya giren uzayda seyahat etmediği için kaybolma şansı yoktur.
Delft Teknoloji Üniversitesi'nde kuantum fizikçisi olan kıdemli yazar Ronald Hanson, "Işınlamanın temel özelliği, düğümler arasında kuantum bilgisinin güvenilir bir şekilde aktarılmasını sağlamasıdır; bu, gelecekte İnternet'te her zaman olması gerekecek bir şey" diyor . Hollanda'da.
Kuantum ışınlanmasını gerçekleştirmek için, önce iki elektron dolaştırılmalıdır. Daha sonra, iki elektrondan biri -ışınlanacak olan- bir yerde kalırken diğer elektron istenilen hedefe hareket ettirilir.
Bu, bir ağ ortamında kuantum ışınlanma protokolüne ilişkin bir sanatçının izlenimidir. Kuantum bilgisi, ağdaki komşu olmayan iki düğüm arasında ışınlanıyor.
Ardından, ışınlanacak elektronun temel ayrıntıları veya "kuantum durumu" analiz edilir; bu, elektronun kuantum durumunu da yok eden bir eylemdir. Son olarak, bu veriler, orijinalinden ayırt edilemeyecek şekilde, ilkini yeniden oluşturmak için diğer elektronda kullanılabileceği hedefe gönderilir. Tüm niyet ve amaçlar için, o ilk elektron ışınlandı. (Veriler, ışık darbeleri gibi normal sinyaller kullanılarak gönderildiğinden, kuantum ışınlama ışık hızından daha hızlı ilerleyemez.)
Hanson, “Nesneleri değil, kuantum bilgilerini ışınlıyoruz” diyor. "Nesnelerin ışınlanması çalışmıyor."
Şimdiye kadar, tüm kuantum ışınlanma, iki düğüm arasında doğrudan bir kanal gerektiriyordu. Bu, kuantum ağlarının potansiyel karmaşıklığını büyük ölçüde sınırladı.
Yeni çalışmada araştırmacılar, Alice, Bob ve Charlie adlı üç düğümle deney yaptılar. Ara düğüm Bob'un yardımıyla Charlie'den Alice'e kuantum ışınlamayı başarıyla gerçekleştirdiler. Bu, birbirine bitişik olmayan iki düğüm arasında ilk kez kuantum ışınlanma gerçekleştirildi.
Her düğüm , içinde bir karbon atomunun bir nitrojen atomu ile değiştirildiği ve bitişik karbon atomunun eksik olduğu bir kusuru olan mikroskobik bir yapay elmastan oluşuyordu . Bu " azot-boşluk merkezlerinde " tutulan tek elektronların dönüşü, kuantum verilerini bir kuantum biti veya kübit olarak kodlayabilir .
Optik fiberler düğümleri birbirine bağladı. Alice ile Bob ve Bob ile Charlie arasında doğrudan bağlantılar vardı ama Alice ile Charlie arasında yoktu. Araştırmacılar bu bağlantıları Alice ile Bob ve Bob ile Charlie arasında dolaşıklığı kurmak için kullandılar.
Ayrıca, Bob ve Charlie'nin elmaslarının her birinde, bir karbon-13 atomu "hafıza kübiti" görevi gördü. Bu bellek kübitleri, bu düğümlerin dolaşma verilerini depolamasına ve ardından değiştirmesine izin vererek, Alice'in Charlie ile dolaşmasına neden olur. Bu, bilim adamlarının nihayet verileri Charlie'den Alice'e ışınlamasını sağladı.
Hanson, “Işınlama, kuantum bilgilerini gelecekteki bir kuantum İnternet üzerinden aktarmanın ana yöntemi olacak” diyor.
Bu tür kuantum ışınlamanın gerçekleştirilmesi, olağanüstü yüksek performanslı kuantum bileşenleri ve bağlantıları gerektiriyordu. Hanson, "Bunun şimdiye kadar gerçekleştirilen en karmaşık kuantum ağı deneyi olduğunu ve en son teknolojide veya ötesinde çalışmak için tüm unsurlara ihtiyaç duyduğunu söylemenin adil olduğunu düşünüyorum" diyor.
Örneğin, Hanson, "Bellek kübitlerini okumak için yeni bir yöntem icat etmemiz gerekti" diyor. "Bu, okumadaki hatayı yüzde 6'dan yüzde 1'in altına düşürdü." Ek olarak, "gürültü kaynaklarından aktif korumayı kontrol dizilerine entegre ederek bellek kubitlerinin sağlamlığını altı kat artırdık."
Hanson, gelecekte araştırmacıların düğümler arasındaki mesafeleri genişletmeye, daha hızlı dolaşma oranları için daha verimli donanımlar geliştirmeye ve bir kuantum İnternet kontrol yığını geliştirip test etmeye çalışacaklarını söylüyor.
*Bilim adamları bulgularını 25 Mayıs'ta Nature dergisinde detaylandırdılar .