Bağlanan kanallar zararlı gürültüye maruz kaldıklarında kuantum bilgisi nasıl güvenilir şekilde aktarılır? Innsbruck Üniversitesi ve TU Wien‘den bilim insanları bu soruna yeni çözümler sundular.
Günümüzde radyo sinyalleri vasıtasıyla iletişim kuruyoruz ve uzun kablolar vasıtasıyla elektrik sinyalleri gönderiyoruz. Bununla birlikte, bu kısa sürede değişebilir: Bilim insanları, kuantum bilgileri aktarımı için yöntem geliştirme konusunda yoğun bir şekilde çalışmaktadırlar.
Kuantum bilgisi aktarımı, bir kuantum sisteminden diğerine güvenilir bilgi aktarımı gerektirir ve bu da ulaşılması son derece zor bir iştir. Bağımsız olarak, biri İnnsbruck Üniversitesi ve diğeri TU Wien’de olmak üzere iki araştırma ekibi şimdi yeni bir Kuantum İletişim Protokolü geliştirdi.
Bu protokol, gürültü kirliliği varlığında bile güvenilir kuantum iletişimi sağlar. Her iki araştırma grubu da aynı temel konseptle çalışıyor: Protokolün gürültüye karşı bağışık olması için, kuantum kanalının her iki ucuna Kuantum Osilatör denilen ek bir element ekliyorlar.
Güvenilir Veri Aktarımı
Bilim adamları, uzun süredir kuantum iletişim deneyleri yapmışlardır. Innsbruck Üniversitesi’ndeki Peter Zoller grubundan Benoit Vermersch, “Araştırmacılar 1990’lı yıllarda zaten bir kuantum teleportasyon protokolü sundu, bu da optik fotonları kullanarak, bir kuantum sisteminin durumunu diğerine aktarmaya izin verdi” diyor. Bu, çok uzak mesafelerde işe yarasa da, fotonların çoğunun kaybolduğunu ve dedektöre yalnızca ufak bir kesrin ulaştığını kabul etmek zorundayız.
TU Wien Atominstitut‘tan Peter Rabl “Amacımız, bir kuantum devletini, bir yerden diğerine taşımak için (bir kaç kez yapmak zorunda kalmadan) güvenli bir şekilde aktarmanın bir yolunu bulmak.” dedi.
Özellikle süper iletken kbitler, gelecek kuantum teknolojileri için umut verici unsurlardır. Bunlar, aynı anda iki farklı durumu üstlenebilen, küçük devrelerdir. Açılıp kapatılan geleneksel ışık anahtarlarının aksine, kuantum fiziğinin kanunları, bir kbitin bu durumlarını herhangi bir kombinasyonunu kuantum, ‘üst üste binme’ olarak adlandırmasına izin verir.
Bu kuantum durumunu, bir süper iletken kbitten diğerine aktarmak için, klasik sinyal aktarımı yapan, zaten kullanılan mikrodalga fotonları gerekir.
Sabit termal gürültü, zayıf kuantum sinyalini tamamen üst üste bindirdiğinden, bir mikrodalga rejimi aracılığıyla kuantum bilgisinin, güvenilir şekilde aktarılması olanaksız kabul edilmiştir.
Yeni Aktarım Protokolü
İki araştırma grubu, şimdi bu engellerin (önceden varsayıldığı gibi) üstesinden gelmenin imkansız olmadığını gösterdi. Harvard ve Yale (ABD) ekipleri ile işbirliği yaparak, kaçınılmaz gürültüye karşı bir bağışıklık protokolü geliştirdiler.
Rabl, “Yaklaşımımız, bir mikrodalga osilatör olan başka bir kuantum sistemi eklemek ve bunları direk olarak mikrodalga kanalına veya dalga kılavuzuna bağlamak yerine, kubitleri birleştirmek için protokolün her iki ucuna bir arabulucu olarak ekleyebilmektir”
Benoit Vermersch, “Kuantum kanalında oluşan termal gürültüyü önleyemiyoruz. Önemli olan bu gürültünün her iki osilatörü de aynı şekilde etkilediği için gürültünün zayıf kuantum sinyallerinden gelen zararlı etkisini, dalga kılavuzuna bağlayarak, tam olarak ayırt edebiliyoruz” dedi.
Peter Rabl, “Hesaplamalarımıza göre, bu protokolle birkaç yüz metreden kbitleri birbirine bağlayabiliriz. Kanalları soğutmak zorunda kalacağız, ancak uzun vadede binaları ve hatta şehirleri mikrodalga kanallarıyla kuantum fiziksel bir şekilde birleştirmek, teknolojik olarak mümkün olabilir.”
