Kuantum Teleportasyonu – Gerçek mi Yoksa Kurgu mu?

Optik Fiber Kullanarak Kuantum Teleportasyonu

Global dijital iletişim, ışık hızında veri transferinin hızlı ve verimli bir şekilde, karmaşık bir optik fiber ağı üzerinden gerçekleşmesine dayanır. Bu, 0 ve 1 ikili dizileri kullanan klasik bilgisayarlar için kabul edilebilir.

Ancak, kuantum bilgisayarlar şifreleme, bilimsel araştırma ve diğer uygulamalar için yaygın olarak kullanılan bir araç haline geldikçe, kuantum verisinin bir kuantum bilgisayardan diğerine nasıl aktarılacağı sorusu ortaya çıkıyor.

Uzun bir süre boyunca bunun neredeyse imkânsız olduğu düşünülüyordu. Her kuantum bilgisayarının birbirinden izole çalışması, potansiyellerini azaltıyordu.

Elbette, bu kulağa kolay gelse de, gerçek deneysel kurulum basit değildi; yayınlanan bilimsel makale, tüm deneyin ne kadar karmaşık olduğuna dair bir ipucu veriyor:

Bu, özellikle yeni ölçeklenebilir kuantum çip tasarımları yeni ortaya çıktıkça, teknoloji sektörü için çözülmesi gereken önemli bir sorun haline geliyor.

Bu nedenle, Northwestern Üniversitesi, Ciena Corporation (CIEN ) ve NuCrypt LCC araştırmacılarının keşfettiği önemli bir adım şudur: kuantum durumu, “normal” bir veri akışıyla birlikte optik fiberde korunabilir ve aktarılabilir.

Optica dergisinde, başlığı “Kuantum teleportasyonunun optik fiberde klasik iletişimle birlikte var olması¹” şeklinde yayınladılar.

Kuantum Teleportasyonu

Bilim kurgu filminden bir hayal gibi kulağa gelse de, kuantum teleportasyonu aslında on yıllardır incelenen gerçek bir fenomendir.

Bu, iki farklı parçacık “eşleştirildiğinde/bağlandığında” gerçekleşir; buna kuantum dolanıklık denir.

Bu durumda, iki parçacık bağlandığında, aralarındaki mesafe ne olursa olsun, büyük mesafelerde bilgi değiş tokuşu yaparlar — bunu fiziksel olarak taşımazlar. Bazı durumlarda, bilgi değiş tokuşunun ışık hızından daha hızlı gerçekleşmesi bile mümkün olabilir; bu teorik olarak imkânsızdır.

Nasıl çalıştığı ve gerçekliğimizin temel yönü için ne anlama geldiği hâlâ kuantum fizikçileri arasında yoğun bir şekilde tartışılıyor. Ancak, bunun çok gerçek ve ölçülebilir bir kuantum etkisi olduğunu ve mükemmel güvenli ve anlık iletişime olanak tanıyabileceğini biliyoruz.

Radikal Olarak Farklı İletişimler

Hareketli Bir Samanlıkta Bir İğne

Şimdiye kadar, optik fiber üzerinden hiçbir kuantum durumunun aktarılabileceği düşünülmemişti; çünkü tek bir dolanık foton, onunla birlikte seyahat eden diğer milyarlarca foton tarafından çekilir ve benzersiz kuantum durumunu kaybederdi.

“İki foton üzerinde yıkıcı bir ölçüm yaparak — biri kuantum durumunu taşırken diğeri başka bir fotonla dolanık — kuantum durumu kalan fotona aktarılır, bu foton çok uzakta olabilir.

Fotonun kendisinin uzun mesafelere gönderilmesi gerekmez, ancak durumu hâlâ uzak fotona kodlanır. Teleportasyon, bilginin kendisinin o mesafeyi kat etmesini gerektirmeden büyük mesafelerde bilgi değiş tokuşuna izin verir.

Jordan Thomas – Ph.D. at Northwestern University.

Ana fikir, optik fiberde kuantum dolanıklığını bozmayan belirli bir koşulun olup olmadığını ölçmekti.

Işıkların fiber optik kablolarda nasıl dağıldığını derinlemesine inceledikten sonra, araştırmacılar fotonlarını yerleştirecek daha az kalabalık bir dalga boyu, 1290 nm kuantum kanallarını buldular. Ardından, normal internet trafiğinden kaynaklanan gürültüyü azaltmak için özel filtreler eklediler.

Elbette, bu kulağa kolay gelse de, gerçek deneysel kurulum basit değildi; yayınlanan bilimsel makale, tüm deneyin ne kadar karmaşık olduğuna dair bir ipucu veriyor:

Kaynak: Optica

Yeni Telekomünikasyonlar

Optik fiber, fotonları A noktasından B noktasına taşıdığından, içinde bir kuantum durumu taşıyabilecekleri zaten biliniyordu. Ancak, bunun aynı anda diğer kuantum dışı verilerle birlikte aktarılabildiğinin gösterildiği ilk seferdir.

Bu, genellikle milyonlarca fotonun kullandığı sürece, tek bir fotona dayanan çok farklı bir bilgi transfer sürecinin gerçekleştiği anlamına gelir.

“Optik iletişimde, tüm sinyaller ışığa dönüştürülür. Klasik iletişim için geleneksel sinyaller genellikle milyonlarca ışık parçacığından oluşurken, kuantum bilgisi tek fotonlar kullanır.”

Pr Prem Kumar – Northwestern Üniversitesi Fotonik İletişim ve Hesaplama Merkezi Direktörü

İlk Prototipten Daha Büyük Hedeflere

Daha Fazla Optik Fiber

İlk test, 30 km uzunluğundaki (18,6 mil) bir optik fiber üzerinde, yüksek hızlı internet trafiği geçerek yapıldı.

Araştırmacıların bir sonraki adımı, çok daha uzun mesafelerle deney yapmak ve bu yeni uzak iletişim yöntemini ne kadar ileriye taşıyabileceklerini görmek olacak.

Şu ana kadar bu, yalnızca laboratuvar ortamındaki optik fiberle gerçekleştirildi. Başka bir test serisi, gerçek dünyadaki yer altı optik kablolarla deney yapacak ve mevcut küresel internet optik fiber ağıyla ne kadar uyumlu olduklarını görecek.

Kuantum Uygulamalarını Genişletmek

Süregelen araştırmanın bir diğer kısmı, bir çift yerine iki çift dolanık foton kullanmak olacak. Bu, “dolaniklık takası” olarak adlandırılan başka bir kuantum fenomeninin ne olduğunu kontrol edecektir.

Dolanıklık takası, bir parçacık çiftinden diğerine kuantum dolanıklığını aktaran bir protokoldür; ikinci çift parçacık hiç etkileşmemiş olsa bile.

Bu, potansiyel gelecekteki kuantum telekomünikasyonları için önemli bir ek araçtır çünkü kuantum ağları gibi dağıtılmış kuantum uygulamalarına yol açar. Bu ağlar, kuantum bilgisini uzun rotalarda güvenli bir şekilde aktarabilir.

“Kuantum teleportasyonu, coğrafi olarak uzak düğümler arasında güvenli kuantum bağlantısı sağlama yeteneğine sahiptir. Ancak, uzun süredir birçok kişi ışık parçacıklarını göndermek için özel bir altyapı inşa edileceğini varsaymıştır.

Eğer dalga boylarını doğru seçersek, yeni altyapı inşa etmemize gerek kalmaz. Klasik iletişim ve kuantum iletişim bir arada var olabilir.

Pr Prem Kumar – Northwestern Üniversitesi Fotonik İletişim ve Hesaplama Merkezi Direktörü

Bu, kuantum destekli şifrelemede büyük bir adım olur; parçacık çiftleri arasındaki takaslanmış dolanıklıkları kullanarak, dinlemeye karşı korunması gereken güvenli şifreleme anahtarları üretmek mümkündür.

Başka bir etki ise, kuantum tekrarlayıcıları adı verilen bir yöntemle kuantum durumlarının ultra uzun mesafeli aktarımına izin vermek olur. Dolanıklık takasını düzenli olarak gerçekleştirerek, kuantum durumunu “yenileyebilir” ve uzun mesafelerde veri kaybını önleyebilir.

Kuantum Bilgisayarına Yatırım

Kuantum bilgisayar hâlâ gelişmekte olan bir alan, ancak yatırımcılar bunu geliştiren şirketler aracılığıyla zaten erişebilir.

Kuantum ile ilgili şirketlere birçok aracı kurum üzerinden yatırım yapabilirsiniz ve burada, securities.io sitesinde, ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık ve diğer birçok ülke için en iyi aracı kurum önerilerimizi bulabilirsiniz.

Belirli kuantum bilgisayar şirketlerini seçmekle ilgilenmiyorsanız, Defiance Quantum ETF (QTUM) gibi kuantum bilgisayar ETF’lerine de bakabilirsiniz; bu, kuantum bilgisayar endüstrisinden faydalanmak için daha çeşitlendirilmiş bir maruziyet sağlayacaktır.

Kuantum bilgisayar hakkında daha fazla bilgi edinmek için “Kuantum Bilgisayarının Güncel Durumu” ve sektördeki en büyük şirketleri “5 En İyi Kuantum Bilgisayar Şirketi” ve “En İyi 10 Silikon Dışı Hesaplama Şirketi” başlıklarında bulabilirsiniz.

Kuantum Bilgisayar Şirketi

1. Alphabet Inc.

Google, çoğunlukla Google Quantum AI laboratuvarı ve Santa Barbara’daki Quantum AI kampüsü aracılığıyla kuantum bilgisayarında çok aktiftir.

Google’ın kuantum bilgisayarı, 2019’da Sycamore makinesiyle “kuantum üstünlüğü” elde ettiğini iddia ederek tarihe geçti. Makine, geleneksel bir süper bilgisayarın 10.000 yıl alacağı bir hesabı 200 saniyede gerçekleştirdi.

Bu, en yeni çipinin performansı, adı Willow ile gölgede kalıyor. Bu, hata oranı o kadar düşük ki, eklediğiniz kuantum biti arttıkça hata azalıyor. Bu, ilk ölçeklenebilir kuantum çip tasarımıdır.

Ancak belki de Google’ın en büyük katkısı, donanımdan (arama, G Suite, Android vb.) daha etkileyici bir geçmişe sahip olduğu yazılım alanında olacaktır.

Google’ın Quantum AI’si, bilim insanlarının kuantum algoritmaları geliştirmesine yardımcı olmak için tasarlanmış bir yazılım paketi sunuyor.

Ayrıca açıkça “araştırmacıların, mühendislerin ve geliştiricilerin bu yolculuğa katılmaları için açık kaynak yazılımımızı incelemelerini ve eğitim kaynaklarımızı, özellikle de Coursera’daki yeni kursumuzu gözden geçirmelerini savunuyoruz; bu kurs, geliştiricilerin kuantum hata düzeltmenin temellerini öğrenmelerini ve geleceğin problemlerini çözebilecek algoritmalar oluşturmamıza yardımcı olmalarını sağlıyor.”

Bu açık yaklaşım sayesinde, Google artık hem donanımda hem de bulut çözümlerinde lider konumda. Google, kuantum bilgisayar yazılımı ve kuantum programlamasının standartlarını belirleyen şirketlerden biri olabilir ve bu da ona alanın gelecekteki evrimini yönlendirme konusunda ayrıcalıklı bir konum kazandırıyor.

Bu arada, Waymo’nun otonom arabası da dahil olmak üzere AI çözümleri, hâlâ arama ve reklam endüstrilerinde büyük bir hâkimiyete sahip olan Alphabet (GOOG ) için yeni bir gelir kaynağı haline gelebilir.

Google’ın kuantum dışı faaliyetleri, özellikle reklam ve AI hakkında daha fazla bilgi edinmek için 2024 Aralık tarihli özel raporumuzda bulabilirsiniz.

2. Ciena Corporation

Bir ortak, optik fiberde kuantum teleportasyonunu gösteren araştırma projesidir, Ciena Corporation optik ve yönlendirme sistemleri, hizmetleri ve otomasyon yazılımı konusunda küresel bir liderdir.

Ciena, açık ara dünyanın en büyük şirketidir Çin dışındaki optik pazarında, pazarın %25’inden fazlasını kontrol etmektedir pazar. Şirket 70 ülkede bulunmaktadır.

Kaynak: Ciena Corporation

Şirket, önümüzdeki 4 yılda AI uygulamalarının talebiyle birlikte bant genişliği talebinin patlayacağını görüyor.

Kaynak: Ciena Corporation

Bu, şirketi güçlü optik ağ konumunu AI patlamasıyla ilgili yeni pazarlara, özellikle nedeniyle birçok AI uygulaması gerektiren yeni yerel veri merkezleri, nedeni gizlilik ve sınır ötesi veri akışıyla ilgili yasalar ve ayrıca ayrık veri merkezlerinin ortaya çıkışı, gerektiren daha fazla optik ağ kapasitesi.

Kaynak: Ciena Corporation

Mevcut optik fiber ağları kanıtlanırsa kuantum verisi iletiminde kullanılabilir, bukanıtlayabilir optik ağ endüstrisi için yeni bir patlayan sektör. Bu,sektörün geleceğini çok daha umut verici kılar, çünkü kuantum bilgisayar, AI uygulamalarının zaten patlayan talebinden sonra ona büyük bir ivme kazandırabilir.

Çalışma Referansı:

^{1. Thomas, J. M., Yeh, F. I., Chen, J. H., Mambretti, J. J., Kohlert, S. J., Kanter, G. S., & Kumar, P. (2024). Kuantum teleportasyonunun optik fiberde klasik iletişimle birlikte var olması. Optica, 11(12), 1700–1707. https://doi.org/10.1364/OPTICA.11.001700}