Uzak kuantum düğümleri arasında verimli dolaşma üretimi; kuantum iletişimini güvenceye almak için çok önemli bir adımdır. Geçmişte yapılan araştırmalarda; dolaşma bir dizi farklı olasılık şeması kullanılarak, sıklıkla gerçekleştirilmiştir.
Son zamanlarda, bazı çalışmalar süperiletken bitlere dayalı yaklaşımlar kullanarak, deterministik uzaktan dolaşma gösterileri de sunmuştur. Bununla birlikte, bir süper iletken kuantum iletişim mimarisinde Bell Eşitsizliği’nin (kuantum korelasyonun güçlü bir ölçüsü) deterministik ihlali şimdiye kadar hiç gösterilmemişti.
Chicago Üniversitesi merkezli bir araştırma ekibi; yakın zamanda uzaktan bağlantılı süperiletken kubitleri kullanarak, Bell Eşitsizliği’ni ihlal ettiğini gösterdi. Nature Physics’te yayınlanan makaleleri, bu kıyaslama sonucunu süper iletken bir sistemde elde etmek için basit ama sağlam bir mimari sunar.
Araştırmacı Andrew Cleland: “Kuantum mekaniğinin bilgi işleme (örneğin iletişim, hesaplama vb.) ve algılamak için kullanabileceği deneysel sistemlerin geliştirilmesine büyük ilgi var. Bir kuantum bilgi sisteminin kalbi bir alışkanlıktır ve benzersizlik, içinde saklayabileceğiniz kuantum durumlarının yanı sıra, birden fazla kubit kullanarak, depolayabileceğiniz daha karmaşık kuantum durumlarından gelir. Kuantum iletişiminin temelleri olan kuantum bilgisinin ve kuantum durumlarının iletimini araştırmak istiyorduk.”
Kuantum durumları, içinde depolanan bilgilerin yanı sıra; klasik durumlardan ve klasik olarak depolanan bilgilerden çok daha inanılmaz derecede hassastır. Her ne kadar teorik olarak, kuantum haldeki hataları düzeltmenin yolları olsa da, genelde sadece küçük hataları düzeltebilir. Bu nedenle, bir kuantum durumunun iletişiminin çok yüksek hassasiyetle yapılması gerekir. Kuantum halin yüksek hassas iletimi şu ana kadar sınırlı sayıda yöntem kullanılarak sağlanmıştır.
Cleland: “Kuantum durumlarını çok yüksek hassasiyetle iletebileceğimizi göstermek için mevcut olan en iyi değişkenlerden bazılarını, süper iletken bölmeleri iletişim (iletim) hatlarına bağlamak için en iyi araçları kullanıp kullanamayacağımızı görmek istedik.“
Kuantum fiziğinde, belirli bir kuantum durum sınıfını test etmek için ‘Altın Standart’; Bell Eşitsizliği’dir. Temel olarak, bir kuantum durumunun (genellikle “S” olarak yazılır) bir özelliğine ait belirli bir ölçüm seti; yalnızca kuantum durumu hazırlanır, iletilir ve yüksek hassasiyet düzeyleriyle ölçülürse, klasik olarak sınırlı bir iki değeri aşabilir.
Cleland: “Kuantum halinin hazırlanmasında, iletilmesinde veya ölçülmesinde yapılan hatalar durumu daha klasik hale getirme ve ikisinin de klasik sınırını aşmayı zorlaştıracaktır. Bu sınırın aşılması; Bell Eşitsizliği’nin İhlali olarak adlandırılır ve ‘kuantumluk’un kanıtıdır. ”
Denemelerinde, Cleland ve meslektaşları; yaklaşık 1 metre uzunluğunda bir iletim hattı aracılığıyla, birbirine bağlanmış iki süper iletken aralık kullandılar. Kuantum bilgisi; bu hat boyunca, mikrodalgalar (radyo sinyallerine benzer şekilde) kullanılarak iletildi. Bu, cep telefonlarının iletişim kurmak için kullandığı frekansa benzer.
Bu elektrikle kontrol edilen kuplörler; araştırmacıların deneylerinin kilit bir bileşenidir. Çünkü bu şekilde; kuplajı zaman içinde tam olarak ‘şekillendirmelerini’ sağıyor. Bu kuplörler; kuantum bilgisini taşıyan mikrodalgaların, iki aralık arasında tam olarak doğru şekilde iletilmesini sağlamıştır. Bu sonuçta, kuantum bilgisinin en az hatayla gönderilip alındığından emin olunur.
Cleland: “Deneyimiz; oldukça kesin bir kuantum bilgisinin, oldukça uzun bir iletişim yolu boyunca, bizim durumumuzda yaklaşık bir metre uzunluğunda gönderilebileceğini gösteriyor. Kullandığımız yöntem; herhangi bir uzunluk çizgisiyle çalışacaktı. Bu, neredeyse hatasız iletim için kullanılan teorik yöntemlerin doğru olduğunu ve gelecekteki kuantum iletişim sistemleri için büyük umut vaat ettiğini gösteriyor.”
Cleland ve meslektaşları tarafından yürütülen çalışma; uzaktan süperiletken bırakma uçlarını kullanarak; Bell Eşitsizliği’nde bir ihlale ulaşmak için, basit ama etkili bir yöntem ortaya koydu. Ancak, deneylerinde kullanılan kubitler; mikrodalgalarla iletişim kurduklarından, metotları sadece çok düşük sıcaklıklarda çalışır. Kuantum bilgisini havadan iletmek için, araştırmacıların kızılötesi veya görünür ışık kullanarak, benzer sonuçlar elde edebilecek yeni teknikler geliştirmeleri gerekecektir.
Cleland: “Şimdi, bu denemenin daha karmaşık versiyonlarını yapmayı planlıyoruz, kuantum iletişimi ve kuantum hata düzeltmesi için daha gelişmiş teorileri test etmek için daha fazla kubit ve daha fazla iletim hattı kullanarak çalışacağız. Aynı şeyi kızılötesi ışıkla da yapmayı denemek için yöntemler geliştiriyoruz, bu yüzden sinyaller bir optik fiber veya uzayda da gönderilebilir.”
