Kuantum bellek depolama sistemi kurma yönündeki girişimler, bir bilgisayar çipinde kullanılamayacak kadar büyük olmuştur. Kuantumla şifreli iletişim ve kuantum hesaplama; iletişim kurmanın daha güvenli yollarını vaat etse de; çeşitli zorluklar bu hedeflere ulaşılmasını önler. Ancak yeni araştırma bu hedefe bir adım daha yaklaştı.
Kuantum iletişimi, uzun mesafelerde kuantum bilgilerinin paylaşımını içerir. Fakat bunu anlamak için, önce kuantum bellek kavramı ele alınmalıdır.
Kuantum bellek; hafif maddenin, klasik bir bilgisayardaki belleğe benzer şekilde, ışıkta depolanan kuantum bilgilerinin alınmasına izin veren bir etkileşimi ifade eder.
Bir kuantum bellek depolama sistemi kurma yönünde daha önceki girişimler; ihtiyaç duyulan ölçekte, bir bilgisayar çipinin boyutunda kullanılamayacak kadar büyük olmuştur.
Çin ve ABD’deki araştırmacılar ise, çip üzerinde kullanılabilecek kadar küçük olan Kuantum Saklama Kutusu ortaya çıkardı. Cihaz, kristal yapı içinde neodimyum elementiyle doldurulmuş, yaklaşık milimetrenin binde biri kadar, nano boyutlu bir boşluktur.
Makale Science Dergisi’nde yayınlandı.
Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden Andrei Faraon: “Fotonlar, nadir toprak neodimiyum atomlarının bir birikiminde depolanır.”
İçerde atomlar; Itriyum Ortovanadat (YVO4) adı verilen bir kristale sıkışır.
Faraon: “Çoğunluk, çok küçük ve tek başına fotonları absorbe edemiyor. Bu yüzden YVO kristalinde; atomlar ve ışık arasındaki etkileşimi arttıran, bir optik boşluk veya rezonatör oluşturuyoruz. Böylece fotonların atomlar tarafından absorpsiyonu verimli hale geliyor.
Fotonları depolamak için, boşluk lazer darbeleri kullanılarak, özel bir şekilde hazırlanır. Bu hazırlık, fotonlar emildikten belirli bir süre sonra otomatik olarak tekrar yayıldığı (veya kesin olması için 75 nanosaniye olacağı) anlamına gelir.
Faraon: “Bu cihazı kullanarak; bir kuantum bellek uygulamak için, iki atımda erken ve geç darbe şeklinde foton depoluyoruz. Kuantum mekanik foton; erken ve geç bir süperpozisyonda var olur.”
Bu, iki fazın aynı anda kombinasyonu olarak var olduğu anlamına gelir. Darbeler alındığında, hafızadaki anlamı; depolanan darbelere çok benzer.
Faraon, “Gelecekte optik lifler vasıtasıyla uzun mesafelerde kuantum seviyede bilgi aktarmak için kullanılabilir. Bir kuantum bellek, birçok planda; uzun mesafelerde kuantum bilgisini aktarmak için gereklidir.”
Kuantumla şifreli iletişim; şu anda kullanılan matematiksel algoritmalara kıyasla, çok daha güvenli olacaktır. Bunun nedeni, Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi adı verilen kuantum mekaniğinin özelliklerinden dolayıdır.
Şu anda, bilgiler matematiksel algoritmalara dayanan tekniklerle şifrelenebilir. Bir veriyi şifrelemek için kullanılan kesin algoritmayı bulmak zordur; bu yüzden yaklaşımı büyük ölçüde güvenli hale getirecektir.
Bununla birlikte uzmanlar; önümüzdeki 10 ila 20 yıl içinde kodları kırılmaya yetecek kadar, güçlü bilgisayarlar öngörmektedir. Bu gelişme, mevcut şifreleme yöntemlerinin kolaylıkla bozulabileceği anlamına gelir.
Chatham House’un Uluslararası Güvenlik Dairesi‘ndeki araştırmacılar, geçen yıl uyduların ve diğer uzay iletişim teknolojilerinin hackerlar ve siber saldırılardan dolayı, ciddi risk altında olduğunu söyledi.
Ancak potansiyel bir çözüm var: Burada Kuantum Mekaniği devreye giriyor. Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi; bir parçacık gözlemleme eyleminin davranışında, belirli değişiklikler yarattığı anlamına gelir.
Özellikle, bir parçacığın momentumunu ve konumunu bir anda aynı derecede kesin olarak bilemeyiz demektir.
Kuantum şifreleme, bunu ele geçirirse davranışını değiştirecek şekilde ışık halindeki kodlanmış veriler oluşturmak için kullanır. Bu, iletişimi yürüten kişilere, güvenlik anahtarının kullanılmasının güvenli olmadığını bildirir.
