Kesintisiz küresel iletişim yoluna işaret eden Micius Uydu Testi; kuantum dolaşımının sonuçlarını açığa çıkarıyor.
Simgesel bir çalışmada, deneysel bir uydu kullanan Çinli bilim adamı ekibi, benzeri görülmemiş mesafelerde kuantum dolaşımını test etti. Test, gizemli ve uzun süredir devam eden Kuantum Teorisi Tezi’ni doğruluyor. Testin amacı; güvenli, kuantum tabanlı bir küresel iletişim ağı, yani potansiyel olarak dokunulmaz bir “kuantum internet” yaratmak için yeni bir “kuantum alan” oluşturmak. Çin ise bu yarışta; 15/06/2017 tarihli Science Dergisi’nde yayınladığı bulgularıyla ön sırada olduğunu ispatladı.
Cenevre Üniversitesi‘nden Fizikçi Nicolas Gisin “Çin kuantum iletişiminde liderliği ele geçirdi. Böylece, küresel kuantum iletişiminin mümkün olduğunu ve yakın gelecekte başarılabileceğini gösteriyor.”
Kuantum iletişimi kavramı güvenlik için Altın Standart olarak kabul edilir. Konvansiyonel şifreli mesajlar; gizli anahtarların şifresini çözmesini gerektirir. Ancak, alıcıya gönderilirken dinlenilmeye karşı savunmasızdır. Bununla birlikte, kuantum iletişimleri sırasında, bu anahtarlar, dolaşan fotonların çeşitli kuantum hallerinde kodlanabilir. Zemin tabanlı kuantum iletişimleri; tipik olarak fiber optik kablolarla veya açık havada dolaştırılmış foton çiftleriyle gönderilir. Ancak yol boyunca sıradan atomlarla olan çarpışmalar, fotonların hassas kuantum durumlarını bozarak, iletim mesafelerini birkaç yüz kilometreyle sınırlar.
“Kuantum Bellek” modülleri ile teçhiz edilen “Kuantum Tekrarlayıcı” olarak adlandırılan cihazlar, prensip olarak, kuantum anahtarlarını daha uzak mesafelerde almak, depolamak ve yeniden iletmek için birlikte bir zincirleme oluşturabilir. Ancak bu görev çok karmaşık ve zordur. Kaldı ki böyle sistemler büyük oranda teoride kalmaktadır.
Urbana’da Illinois Üniversitesi’nden Fizikçi Paul Kwiat, “Bir kuantum tekrarlayıcı, iki farklı yerde fotonlar almak zorunda kalıyor. Daha sonra bunları kuantum hafızasında saklıyor ve bir ağ boyunca başka sinyaller göndermeden önce birbirlerine müdahale ediyor. Bu durum tıpkı posta kutunuza bakmadan posta alacağınızı bilmek gibidir.”
Micius Uydusu
Bir globe-girdling (küresel) güvenli kuantum iletişim ağı oluşturmak için, mevcut çözüm, kuantum anahtarlarını alan boyunca ışınlamak ve yüzlerce kilometreye zemin tabanlı düğümler kullanarak dağıtmaktır. 2016 yılında Dünya yörüngesine giren ve adını eski bir Çin filozofundan alan 600 kilogramlık “Micius” uydusu, Çin’in bu konudaki en prestijli çabasıdır. Ayrıca 100 milyon dolarlık filonun sadece ilki olan Uzay Ölçeği Kuantum Deneyleri (QUESS)’dir.
Micius kalbinde; dolaşan foton çiftleri üreten kristaller ve lazerler grubunu taşır. Kristaller daha sonra bölünür ve Dünya üzerinde bulunan yer istasyonlarına ayrı kirişler halinde gönderir. Son testler için üç alıcı istasyon kuruldu: Delingha, Ürümçi (Tibet Platosu’nda) ve Çin’in güneybatısında kalan Lijiang şehrinde…
1,203 kilometre uzaklıktaki Delingha ile Lijiang arasındaki coğrafi uzaklık, dolaşan foton çiftlerinin geçtiği rekor seviyedir.
Şimdilik, sistem Micius ve alıcı istasyonları arasındaki mevcut rapor edilen veri iletim hızının, pratik kuantum iletişimini sürdürmek için çok düşük olduğundan, çoğunlukla konseptin bir kanıtı olmaya devam ediyor.
Hefei Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi‘nden fizikçi olan ekip lideri Jian-Wei Pan, 2003 yılından beri konuyla ilgili deney ve planlar yapıyor. Örneğin; ayda duran birinin gönderdiği tek bir fotonu bulma şansını karşılaştırıyor. Micius’un dolaşan foton çiftlerinin iletimi için “En iyi telekomünikasyon ağlarını kullanmaktan, yaklaşık üç kat daha verimli.“ diyor.
Pan, önümüzdeki beş yıl içinde QUESS’in Pratik Kuantum İletişim Uydularını başlatmak istiyor.
Pan ve ekibinin planı; Micius ve yeni doğan kardeş uydular ağıyla, kuantum anahtarlarını dağıtmak olmasına rağmen, ilk gösteri daha basit bir görev gerçekleştirmeyi amaçlıyordu: Einstein’ın hatalı olduğunu ispatlamak
Einstein ünlü kuantum teorisi olan, uzaktan etki-tepki olayının evrenin bir ucundan diğer ucuna gerçekleşebilecek olmasını “ÜRKÜTÜCÜ” olarak tanımlamıştır.
Galaksinin Diğer Tarafı
Einstein’ın aksine; bilgi, parçacıklar arasında ışıktan daha hızlı iletilebileceğini ve özel görelilik kuramıyla belirlenen evrensel hız sınırını aştığını gösteriyor. Einstein, belki de dolaştırılmış parçacıkları bir şekilde “dengesiz değişkenler” olarak paylaştı. Ancak deneyler yapılmadı sadece parçacıkların ölçülen sonraki davranışlarını belirledi.
1964’te Fizikçi John Bell, Einstein’ın fikrini test etmek için, fizikçilerin istatistiksel olarak, gizli değişkenin dolaşmış parçacıkların davranışı ile ne kadar ilişkili olabileceğini ölçebileceği bir Sınır Hesaplama Yöntemi geliştirdi. Deneyler bu sınırı gösterse de, Einstein’ın gizli değişkenler hakkındaki fikri yanlıştı.
1970’lerden beri, fizikçiler tarafından “uzay ve zaman aralıklarında daha geniş çaplı” testler yapılmıştır.
En kesin test, tartışmalı bir şekilde, Delft Teknoloji Üniversitesi‘nden bir ekip tarafından 2015’te Hollanda’da gerçekleşti.
1.3 kilometre uzaklıktaki karışık elektronları ölçmeyi içeren bu testlerin en sofistike programı “ürkütücü” olan bu eylemin gerçek olduğunun ispatlanmış olmasıdır.
Bell Testi
Pan’in ekibi şimdi; Micius’un yer istasyonları arasında dolaşan fotonlar iletimiyle, bin kat daha fazla mesafelerde bir Bell testi gerçekleştirdi.
Tıpkı daha önce olduğu gibi, sonuçları Einstein’ın yanlış olduğunu teyit ediyor. Kuantum alanı, “ürkütücü” bir yer olmaya devam ediyor, ancak kimse nedenini anlamıyor.
Texas Üniversitesi’nden Fizikçi Scott Aaronson: “Tabii ki, kuantum mekaniğini kabul eden hiç kimse, dolaşmanın bu mesafeden ya da herhangi bir mesafeden yaratılacağından şüphelenemez. Ancak somut olduğunu görmek güzel”
Austin:”Tüm teoriler bu hedefin ulaşılamayacağını önermişti. Bu haberin önemi beklenmedik olduğu ya da daha önce inandıkları şeylerin tersine çevrilmesi değil, yalnızca yıllarca zorlu çalışmanın tatmin edici bir doruk noktası olmasıdır. “
Jennewein ve Ekibi, artık “evrensel alıcı” olarak hareket eden ve birbirine bağlanan, daha basit bir uydu geliştirmek için Kanada Uzay Ajansı ile ortaklık kurdu. Önümüzdeki beş yıl içerisinde bunu gerçekleştirebileceklerini düşünüyorlar.
CubeSats
Singapur Ulusal Üniversitesi‘nde Fizikçi Alexander Ling’in liderliğindeki uluslararası bir işbirliği, “dolaşmış” foton çiftleri yaratmak, incelemek ve hatta iletmek için zaten ucuz olan cüzdan boyutunda CubeSats’ı piyasaya sürdü. Nanosatellit olarak da bilinen CubeSats, standart boyutları 10 x 10 x 11 cm (1 U) olacak şekilde oluşturulmuştur ve küp gibi şekillendirilmiştir.
Kuantum İletişim Çağı
Urbana-Champaign’de Illinois Üniversitesi‘nden Paul Kwiat NASA’nın finansmanını, Uluslararası Uzayda “hiper gerilme” yi (foton çiftlerinin birden çok yönde eş zamanlı dolaşımı) kullanarak, kuantum iletişimi test edebilecek bir cihaz geliştirmek için değerlendirecek.
Almanya Max Planck Enstitüsünden Christophe Marquardt: “Amacımız, uyduların kuantum anahtarı dağıtımı gibi işleri ekonomik açıdan uygulanabilir olması; oldukça hızlı ve kısa sürede yapabilmeleri için bir kısa yol bulmaktır. Mühendisler bu sistemleri yapmak için 20 yıl emek harcadılar. Bu yüzden onları sıfırdan tasarlamak çok zor ancak yükseltmek daha kolay… Uzayda kalifiye olmuş bir şeye güvenebiliyorsanız çok iyi bir avantaj. Çünkü alan yeterliliği çok karmaşık. Bunu geliştirmek için genellikle 5-10 yıl gerekiyor. “
Ancak Marquardt ve diğerleri, bu alanın kamuya açıklanandan çok daha ileri düzeyde olabileceğinden şüpheleniyor; gelişmeler muhtemelen ABD ve diğer ülkelerdeki resmi gizlilik perdesinin ardında gizleniyor. Belki de kuantum iletişim çağı çoktan gelmiş olabilir.
Marquardt, “ABD bu konuda sessiz kalıyor. Los Alamos (Ulusal Laboratuvar) ve diğer yerlerde serbest uzay uyduları ve kuantum anahtarı dağıtımı ile ilgili çok iyi gruplar ve çalışmalar olduğu halde; hiçbir yayın yapmıyorlar. Yayınlamayı bırakmalarının iki nedeni olduğunu düşünüyoruz: Ya işe yaramadı ya da işe yaradı! “
