Bilim insanları imkansızı başardı: İnternet kablolarıyla kuantum ışınlanması gerçekleştirildi

İletişimde çığır açabilecek bir gelişmede bilim insanları, bir zamanlar imkansız olarak görülen kuantum ışınlanmasını internet kablolarıyla mümkün kıldı.

Northwestern Üniversitesi mühendisleri, halihazırda internet trafiğini taşıyan bir fiberoptik kablo üzerinden kuantum ışınlanmasını başarıyla gerçekleştiren ilk ekip oldu.

Bu başarı, bilgiyi herhangi bir mesafeye anında ışınlamanın ergonomik bir yolunun bulunduğu anlamına geliyor. Kuantum ışınlanmasının halihazırda mevcut olan internet kablolarıyla gerçekleştirilmiş olması, son derece hızlı ve yeni bir iletişim biçiminin yakın gelecekte kullanıma sunulabileceğini düşündürüyor.

Işınlanma genellikle bilimkurguda insanların ışık hızıyla herhangi bir yere seyahat edebilme yeteneği olarak işleniyor. Ancak bu teknolojinin canlılar veya insan boyutunda nesneler için uygulanabileceği henüz kanıtlanmış değil.

Yine de bilgiyi bu şekilde ışınlamanın mümkün olduğu biliniyor ve bilim insanları yıllardır bunu, yaygın ölçekte kullanılabilir bir teknolojiye dönüştürmek için çalışıyor.

Kuantum dolanıklık

Kuantum ışınlanması, kuantum dolanıklık olarak bilinen bir olguya dayanıyor. İki veya daha fazla parçacığın kuantum durumlarının birbirine bağlı hale gelmesi ve birinin durumu ölçüldüğünde diğerinin durumunun mesafeden bağımsız olarak anında belirlenmesine "donalıklık" adı veriliyor.

Bu durumun daha rahat anlaşılması için de sıklıkla dile getirilen bir düşünce deneyine başvurulabilir: Bu hayali deneyde bir kutunun içinde biri kırmızı, diğeri mavi olmak üzere iki eldiven vardır ve bunlar farklı yerlere gönderilir. Eğer bir kutuyu açıp kırmızı eldiveni bulursanız, diğer kutudaki eldivenin mavi olduğu anlaşılır. Kuantum dolanıklığında ise fark şu: Eldivenler aslında kutular açılana kadar bir renk seçmemiştir. Onlar kırmızı ve mavi olma olasılıklarının ikisini de taşıyan süperpozisyon halindedir. Siz bir kutuyu açıp rengi gördüğünüz anda, diğer kutudaki eldivenin rengi de belirlenmiş olur.

Kuantum dolanıklık olgusunda iki parçacık, birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar birbirine bağlıdır ve bilgi alışverişi için aralarındaki fiziksel mesafeyi kat etmeleri, yani seyahat etmeleri gerekmez.

'Yoğun bir otoyoldaki bisiklet gibi'

Klasik iletişim yöntemleri, milyonlarca ışık parçacığından oluşur. Kuantum iletişiminde ise yalnızca bir çift foton (ışık parçacıkları) kullanılır. Daha önce araştırmacılar, bu bireysel fotonların klasik iletişim parçacıklarının kullandığı 'yoğun otoyoldan' geçemeyeceğini düşünüyordu.

Bir çift foton, bu yolda tıpkı yer altı geçidinde devasa kamyonların etrafından dolaşmaya çalışan bir bisiklete benzetiliyor.

Ancak Northwestern Üniversitesi araştırmacıları, bu hassas fotonların yoğun trafikten uzak durmasına yardımcı olacak bir yol buldu. Işığın fiberoptik kablolar içinde nasıl dağıldığına dair derinlemesine çalışmalar yürüten araştırmacılar, fotonları yerleştirebilecekleri daha tenha bir ışık dalga boyu tespit etti.

Bu dalga boyu, diğer sinyallerden daha az parazit alıyor ve fotonların geçmesini kolaylaştırıyordu. Fotonu bu dalga boyuna yerleştiren ekip, düzenli internet trafiğinden kaynaklanan gürültüyü azaltmak için de özel filtreler ekledi.

'Kimse bunun mümkün olduğunu düşünmüyordu'

Çalışmaya liderlik eden Northwestern Üniversitesi'nden Prem Kumar ve ekibi, buldukları yeni yöntemi test etmek için her iki ucunda dolanık bir foton bulunan 30 kilometre uzunluğunda bir fiberoptik kablo kurdu. Ardından, eş zamanlı olarak kuantum bilgisi ve düzenli internet trafiğini kablo üzerinden gönderdi.

Ekip, ışınlanma protokolünü yürütürken alıcı uçtaki kuantum bilgisinin kalitesini, orta noktada kuantum ölçümleri yaparak belirlemeye çalıştı. Sonunda, yoğun internet trafiği hızla geçerken bile kuantum bilgisinin başarıyla iletildiği tespit edildi.

Kumar bundan sonra deneyleri daha uzun mesafelerde yeniden gerçekleştirmeyi planlıyor.

Bilim insanı, "Bu inanılmaz derecede heyecan verici çünkü kimse bunun mümkün olduğunu düşünmüyordu," dedi.

"Çalışmamız, birleşik bir fiberoptik altyapıyı paylaşan yeni nesil kuantum ve klasik ağlara giden bir yol gösteriyor. Kuantum iletişimini bir sonraki seviyeye taşımak için kapıyı aralıyor."