Delft’te görev alan araştırmacılar, kuantum bilgiyi ilkel bir ağ üzerinden teleport etmeyi başardılar. Türünün ilk örneği olan bu çalışma, kuantum internetin gelecekte kullanılması aşamasında önemli bir adımı temsil etmektedir. Bu ilerleme, büyük ölçüde geliştirilmiş kuantum bellek ve kuantum ağda bulunan üç node(düğüm)bağlantısı arasındaki arttırılmış kaliteyle kaydedildi. QuTech te görev alan araştırmacılar – Delft Teknoloji Üniversitesi (Delft University of Technology) ile Hollanda Uygulamalı Bilimsel Araştırma Kurumu(Netherlands Organisation for Applied Scientific Research -TNO) arasında kurulan işbirliği ile – elde ettikleri sonuçları yakın zamanda Nature Bilim dergisinde yayınlayacaklar.
Gelecek zaman diliminde adını sıkça duyacağımız kuantum İnternet’in gücü, kuantum bilginin (kuantum bitler) ağ üzerindeki düğümler üzerinden gönderilmesine dayanmaktadır. Bu işlem ile gizli bilgilerin güvenli şekilde paylaşımı, hesaplama yeteneklerinin daha da artması için birkaç kuantum bilgisayarın birbirine bağlanması ve birbiriyle bağlantılı son derece hassas olan kuantum sensörlerin kullanımı gibi uygulamalar mümkün kılınmış olacaktır.
Kuantum Bilginin Gönderimi
Bahsi geçen kuantum ağının herbir düğümü küçük kuantum işlemcilerden oluşur. Bu işlemciler arasında kuantum bilginin gönderilmesi oldukça zorlu bir işlemdir. Tek olasılık kuantum bitleri fotonlar aracılığıyla göndermektir fakat uzun mesafelerde cam elyaf kablolarda yaşanan kayıplar nedeniyle fotonlar büyük olasılıkla hedeflerine ulaşamayacaktır. Kuantum bitleri tamamen kopyalamak imkansız olduğundan tek bir fotonun kaybı bile kuantum bilginin geri döndürülemez şekilde kaybolması anlamına gelir.
Teleportasyon bize kuantum bilgiyi göndermek için daha iyi bir yöntem sunar. Kuantum teleportasyon (ışınlanma) protokolünün adı, bilim kurgu filmlerindeki ışınlanma ile olan benzerliğinden gelmektedir: kuantum bit gönderici tarafında kaybolur ve alıcı tarafta belirir bu nedenle aradaki uzayda harekete ihtiyaç duymadığından kaybolma şansı yoktur. Bu özelliğinden dolayı kuantum teleportasyon gelecekte kullanılacak kuantum internet için büyük önem arz etmektedir.
Sistem Üzerinde Tam Kontrol
Kuantum bitleri teleport edebilmek için birkaç bileşen gereklidir, bu bileşenler şunlardır: gönderici ve alıcı arasında kuantum dolanıklık ile oluşturulan bir bağlantı, kuantum işlemcileri okumak için gerekli bir yöntem, ve kuantum bitleri geçici olarak saklama kapasitesi. QuTech’te önceden yapılan araştırmalar, iki komşu node(düğüm) arasında kuantum bitleri teleport etmenin mümkün olduğunu gösterdi. Şu an yapılan araştırmalar ise ilk defa gereksinim paketinin karşılandığını ve komşu olmayan düğümler arasında başka bir deyişle bir ağ üzerinden teleportasyonu gerçekleştirdiklerini gösterdiler. Bir ara düğüm olan Bob yardımıyla kuantum bitleri Charlie düğümünden Alice düğümüne teleport ettiler.
3 Adımda Teleportasyon
Teleportasyon 3 adımdan oluşur.
İlk olarak Alice ve Charlie arasında dolanık bir durum yaratılması gerekmektedir. Alice ve Charlie nin arasında doğrudan fiziksel bağlantı yoktur ancak ikisi de doğrudan Bob’a bağlıdır. Bu işlemin gerçekleştirilmesi için Alice ve Bob işlemcileri arasında dolanık bir durum yaratır. Bob daha sonra dolanık durumun kendine ait bölümünü saklar ve ardından Charlie ile arasında dolanık bir durum yaratır. Daha sonra kuantum mekaniksel bir “el çabukluğu” gerçekleştirilir: Bob işlemcisinde özel bir ölçüm yaparak dolanıklığı olduğu gibi gönderir. Sonuç olarak Alice ve Charlie birbirine dolanık ve teleportasyon da kullanıma hazır hale gelir. İkinci adım teleport edilecek mesajı -kuantum biti- yaratmaktır. Bu kuantum bit 1, 0 veya çeşitli diğer ara kuantum değerleri olabilir. Charlie bu kuantum bilgiyi hazırlar. Teleportasyonun genel olarak çalıştığını göstermek için, araştırmacılar tüm deneyi çeşitli kuantum bit değerleri için tekrarladılar.
Üçüncü adım Charlie den Alice e doğru gerçek teleportasyon işlemini gerçekleştirmektir. Bu amaçla Charlie, kuantum işlemcisindeki ve dolanık durumun kendi yarısındaki mesajla (diğer yarısı Alice de) ortak bir ölçüm gerçekleştirir. Elde edilen sonuç sadece kuantum dünyasında mümkün olan bir sonuçtur. Bu ölçüm sonucunda bilgi Charlie’nin tarafında kaybolur ve hemen Alice in tarafında belirir.
Her şeyin tamamlandığını düşünebilirsiniz, ancak hiçbir şey gerçeğin ötesinde olamaz. Aslında kuantum bit aktarım sırasında şifrelenmiştir; anahtar Charlie nin ölçüm sonucuyla belirlenir. Böylece Charlie ölçüm sonucunu Alice e gönderir, ardından Alice kuantum bitinin şifresini çözmek için ilgili kuantum işlemini gerçekleştirir. Örneğin bir “bit çevirme” yoluyla 0, 1 olur ve 1, 0 olur. Alice doğru işlemi uyguladıktan sonra kuantum bilgi, kullanım için uygun hale gelir. Teleportasyon işlemi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiş olur.
Kuantum bilgisi, ağdaki komşu olmayan iki düğüm arasında ışınlanıyor. Kredi: QuTech için Scixel
Birkaç Defa Teleportasyon
Takip araştırması (Follow-up research ) teleportasyon protokolünün birinci ve ikinci adımlarını tersine çevirmeye odaklanacaktır. İlk olarak teleport edilecek kuantum bitinin yaratılması (veya alınması) ve ancak bundan sonra teleportasyonu gerçekleştirmek için, taraflar arasında dolanık bağlantıyı gerçekleştirmek anlamına gelir. Sıralamayı tersine çevirmek oldukça zordur çünkü teleport edilecek kuantum bilgisi, dolanıklık yaratılırken saklanmalıdır. Ancak, teleportasyon tamamen “istek üzerine” uygulandığından önemli bir avantaja sahiptir. Bu, örneğin kuantum bilgi zor bir hesaplamanın sonucunu içeriyorsa veya teleportasyonun birden çok kez yapılması gerekiyorsa geçerlidir. Uzun vadede bu tür bir teleportasyon işlemi kuantum internetin omurgası olarak hizmet edecektir.
Yazar: Elif Özceylan
Redaktör: Hüseyin Türker ve Cumali Yaşar
Yoruma kapalı.