Kuantum Teleportasyonu – Gerçek mi Yoksa Hayal mi?

Optik Fiber Kullanarak Kuantum Teleportasyonu

Küresel dijital iletişim, optik fiberler aracılığıyla ışık hızında veri aktarımına dayanır. Bu, klasik bilgisayarlar için kabul edilebilir bir durumdur; çünkü klasik bilgisayarlar 0 ve 1 ikili dizilerini kullanır.

Ancak, kuantum bilgisayarlar şifreleme, bilimsel araştırma ve diğer uygulamalar için giderek daha fazla kullanılmaya başlandıkça, kuantum verilerini bir kuantum bilgisayardan diğerine nasıl aktarabileceğimiz sorusu ortaya çıkıyor.

Uzun bir süre, bu neredeyse imkansız olarak düşünülüyordu. Her kuantum bilgisayarın diğerlerinden izole olarak çalışmak zorunda kalacağı ve bu nedenle potansiyellerinin sınırlı olacağı düşünülüyordu.

Bu, özellikle yeni ölçeklenebilir kuantum çip tasarımlarının ortaya çıkmasıyla birlikte teknoloji endüstrisi için çözülmesi gereken önemli bir problem haline geliyor.

Northwestern Üniversitesi, Ciena Corporation ve NuCrypt LCC’deki araştırmacılar tarafından keşfedilen bu önemli adım, kuantum durumunun optik fiberde “normal” veri akışı ile birlikte korunabileceğini ve aktarılabileceğini gösteriyor.

Sonuçları Optica’da “Optik fiberde klasik iletişimlerle birlikte kuantum teleportasyonu” başlığıyla yayımlandı.

Kuantum Teleportasyonu

Bilimsel kurgu filmlerinden fantezi bir kavram gibi görünen kuantum teleportasyonu, aslında on yıllardır nghiênmelenen gerçek bir olgudur.

Bu, iki farklı parçacığın “çiftleştirilmesi” veya “bağlanması” ile gerçekleşir; bu durum kuantum bağlantısı olarak adlandırılır.

Bu durumda, iki parçacık birbirine bağlı olduğunda, aralarındaki mesafeye bakılmaksızın, fiziksel olarak taşımadan büyük mesafeler üzerinden bilgi alışverişi yaparlar. Bazı durumlarda, bu bilgi alışverişi ışık hızından daha hızlı olabilir; bu teorik olarak imkansızdır.

Nasıl çalıştığı ve temel gerçekliğimiz için ne anlama geldiği hala kuantum fizikçileri tarafından tartışılan bir konudur. Ancak, bu çok gerçek ve ölçülebilir bir kuantum etkisidir ve mükemmel şekilde güvenli ve anlık iletişimlere olanak sağlayabilir.

Radikal Olarak Farklı İletişim

Hareketli Bir Çayırın İçinde İğne

Şimdiye kadar, optik fiber aracılığıyla kuantum durumunun aktarılamayacağı varsayılıyordu; çünkü bireysel bağlantılı foton, diğer milyonlarca fotonla birlikte seyahat edecek ve benzersiz kuantum durumunu kaybedecekti.

“İki foton üzerinde yıkıcı bir ölçüm yaparak – biri kuantum durumunu taşıyan ve diğeri başka bir fotonla bağlantılı olan – kuantum durumu, kalan fotonun üzerine aktarılır; bu foton çok uzakta olabilir.

Foton itself fiziksel olarak uzun mesafelere gönderilmesine gerek yoktur, ancak durumunun hala uzak fotonun üzerine kodlandığı anlamına gelir. Teleportasyon, bilginin kendisi bu mesafeye seyahat etmeden büyük mesafeler üzerinden bilgi alışverişi yapılmasına olanak sağlar.”

Jordan Thomas – Northwestern Üniversitesi’nden Ph.D.

Ana fikir, optik fiberdeki belirli bir koşulun kuantum bağlantısını bozmayacağından emin olmaktı.

Araştırmacılar, fiber optik kablolar içinde ışığın nasıl saçildiği hakkında derinlemesine çalışmalar yaptıktan sonra, fotonlarını yerleştirebilecekleri daha az kalabalık bir ışık dalga boyu buldular; 1290-nm kuantum kanalları. Ardından, normal İnternet trafiğinden gürültüyü azaltmak için özel filtreler eklediler.

Elbette, bu kolay bir iş gibi görünse de, yayımlanan bilimsel makale, deneyin ne kadar karmaşık olduğunu gösteriyor:

Kaynak: Optica

Yeni Telekomünikasyon

Optik fiber, fotonları A noktasından B noktasına taşırken, zaten bilinen bir şeydi ki kuantum durumunu taşıyabilirler. Ancak bu, aynı anda diğer non-kuantum verilerinin de aktarılabilmesini gösteren ilk çalışmadır.

Bu, tek bir fotonun zamanla değil, milyonlarca parçacık yerine tek bir parçacık kullanarak çok farklı bir bilgi aktarım sürecinin gerçekleştiği anlamına gelir.

“Optik iletişimlerde, tüm sinyaller ışığa dönüştürülür. Klasik iletişimlerin geleneksel sinyalleri genellikle milyonlarca ışık parçacığını içerirken, kuantum bilgisi tek fotonlar kullanır.”

Pr Prem Kumar – Northwestern Üniversitesi’ndeki Fotonik İletişim ve Bilgisayar Merkezi Direktörü

İlk Prototipten Daha Büyük Hedeflere

Daha Fazla Optik Fiber

İlk test, 30 km uzunluğundaki (18.6 mil) optik fiber üzerinde, yüksek hızlı İnternet trafiğiyle birlikte gerçekleştirildi.

Araştırmacıların sonraki adımı, bu yeni iletişim yönteminin ne kadar uzak mesafelere götürülebileceğini görmek için çok daha uzun mesafelerle deney yapmaktır.

Bu, laboratuvar ortamında gerçekleştirilen bir testti. Bir sonraki testler, gerçek dünya altındaki optik kablolarla yapılacak ve mevcut küresel İnternet optik fiber ağıyla nasıl çalıştığı görülecektir.

Kuantum Uygulamalarını Genişletme

Süregelen araştırmanın bir başka parçası, iki çift bağlantılı foton kullanmaktır; bu, kuantum bağlantısı değişimi olarak bilinen başka bir kuantum olgusunu kontrol edecektir.

Kuantum bağlantısı değişimi, kuantum bağlantısını bir parçacık çiftinden diğerine aktarmak için bir protokoldür; bu, ikinci parçacık çiftinin daha önce hiç etkileşime girmemiş olabileceği anlamına gelir.

Bu, potansiyel gelecek kuantum telekomünikasyonları için önemli bir araçtır; çünkü dağıtılmış kuantum uygulamalarına, örneğin kuantum ağlarına yol açacaktır. Bu ağlar, uzun rotalar boyunca kuantum bilgilerini güvenli bir şekilde aktarabilir.

“Kuantum teleportasyonu, coğrafi olarak uzak nodlar arasında güvenli kuantum bağlantısı sağlayabilir. Ancak birçok insan, hiç kimsenin parçacıkları göndermek için özel altyapı inşa etmeyeceğini uzun süredir varsayıyordu.

Eğer doğru dalga boylarını seçersek, yeni altyapı inşa etmek zorunda kalmayacağız. Klasik iletişimler ve kuantum iletişimleri bir arada bulunabilir.”

Pr Prem Kumar – Fotonik İletişim ve Bilgisayar Merkezi Direktörü, Northwestern Üniversitesi

Bu, kuantum güçlendirilmiş şifreleme için büyük bir adım olacaktır; çünkü parçacık çiftleri arasındaki değişimli bağlantılardan yararlanarak, dinleme karşıtı güvenli şifreleme anahtarları oluşturmak mümkün olacaktır.

Bir başka etki, kuantum durumunun çok uzun mesafelere aktarılmasına olanak sağlayan kuantum tekrarlayıcılar yöntemini mümkün kılacaktır. Kuantum bağlantısı değişimini düzenli olarak gerçekleştirerek, kuantum durumunun “yenilenmesi” ve uzun mesafeler boyunca veri kaybının önlenmesi mümkün olacaktır.

Kuantum Bilgisayarına Yatırım Yapma

Kuantum bilgisayarları hala gelişmekte olan bir alandır, ancak yatırımcılar already bu alana erişebilir.

Kuantum ile ilgili şirketlere birçok aracı kurum aracılığıyla yatırım yapabilirsiniz ve securities.io adresinde, ABD, Kanada, Avustralya, İngiltere ve birçok diğer ülkelerdeki en iyi aracı kurumları bulabilirsiniz.

Eğer belirli kuantum bilgisayarı şirketlerine yatırım yapmakla ilgilenmiyorsanız, kuantum bilgisayarı ETF’lerine de bakabilirsiniz; örneğin Defiance Quantum ETF (QTUM), size kuantum bilgisayarı endüstrisine daha çeşitli bir şekilde yatırım yapma olanağı sunar.

Kuantum bilgisayarı hakkında daha fazla bilgi edinmek için “Kuantum Bilgisayarının Güncel Durumu” ve sektördeki en büyük şirketleri “5 En İyi Kuantum Bilgisayarı Şirketi” ve “En İyi 10 Silikon Olmayan Bilgisayar Şirketi” makalelerine bakabilirsiniz.

Kuantum Bilgisayarı Şirketi

1. Alphabet Inc.

Google, principalmente Google Quantum AI lab ve Quantum AI kampüsünde yaptığı çalışmalarla, kuantum bilgisayarlarında çok aktif.

Google’ın kuantum bilgisayarı, 2019 yılında “kuantum üstünlüğü”ne ulaştığını iddia etti; Sycamore makinesi, bir klasik süper bilgisayarın 10.000 yıl alacağı bir hesaplamayı 200 saniyede gerçekleştirdi.

Bu, şimdi yeni çipinin performansı ile gölgede bırakılıyor; Willow adlı bu çip, ilk ölçeklenebilir kuantum çip tasarımı.

Ancak Google’ın en büyük katkısı, muhtemelen yazılımda olacak; çünkü Google, donanımdan (arama, GSuit, Android, vb.) daha iyi bir geçmişe sahip.

Zaten, Google’ın Quantum AI’sı, bilim insanlarının kuantum algoritmaları geliştirmelerine yardımcı olmak için tasarlanmış bir yazılımlar paketi sunuyor.

Ayrıca, “araştırmacılara, mühendislere ve geliştiricilere, açık kaynaklı yazılımlarımızı ve eğitim kaynaklarımızı kontrol ederek, yeni Coursera kursumuza katılmasını öneriyoruz; burada geliştiriciler, kuantum hata düzeltmenin temellerini öğrenebilir ve geleceğin sorunlarını çözebilecek algoritmalar oluşturarak bize yardım edebilir.”

Bu açık yaklaşım sayesinde, Google hem donanım hem de bulut çözümlerinde lider konumda.

AI çözümleri, özellikle Waymo’nun otonom araba projesi, Alphabet için yeni bir gelir kaynağı olabilir; Alphabet hala arama ve reklam endüstrilerinde hakim bir konumda.

Google’ın kuantum dışı faaliyetleri, özellikle reklam ve AI, hakkında daha fazla bilgi edinmek için Aralık 2024’ten bizim raporumuza bakabilirsiniz.

2. Ciena Corporation

Optik fiberde kuantum teleportasyonunu gösteren araştırma projesinin ortağı, Ciena Corporation, optik ve yönlendirme sistemleri, hizmetleri ve otomasyon yazılımlarında küresel bir lider.

Ciena, Çin dışında dünyanın en büyük optik pazarı şirketidir ve pazarın %25’inden fazlasına sahiptir. 70 ülkede faaliyet göstermektedir.

Kaynak: Ciena Corporation

Şirket, AI uygulamalarının talebiyle birlikte next 4 yılda bant genişliğinin patlayacağını öngörüyor.

Kaynak: Ciena Corporation

Bu, şirketin güçlü optik ağ konumunu kullanarak AI patlamasından etkilenen yeni pazarlara, özellikle de birçok AI uygulamasının yeni yerel veri merkezlerine ihtiyaç duyduğu için genişlemesine yol açtı; bu, veri gizliliği ve sınır ötesi veri akışı lawsı nedeniyle ve dağınık veri merkezlerinin ortaya çıkması nedeniyle daha fazla optik ağ kapasitesi gerektiriyor.

Kaynak: Ciena Corporation

Eğer mevcut optik fiber ağları kuantum verilerini iletmek için uygunsa, bu, optik ağ endüstrisi için yeni bir patlama olabilir. Bu, sektörün geleceğini daha da umut verici hale getirecektir; çünkü kuantum bilgisayarı, AI uygulamalarından sonra sektöre büyük bir ivme kazandıracaktır.

Çalışma Referansı:

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