Bilişim
Kuantum İletişiminin Geleceği: Tek Fotondan Teleportasyon Açıklaması
Kuantum Teleportasyonu Nedir ve Nasıl Çalışır?
Bilim kurgu filminden bir hayal ürünü gibi kulağa gelse de, kuantum teleportasyonu aslında on yıllardır incelenen gerçek bir olgudur.
Bu, iki farklı parçacık “eşleştirildiğinde/bağlandığında” gerçekleşir; buna kuantum dolaşıklığı denir.
Bu durumda, iki parçacık bağlandığında, aralarındaki mesafe ne olursa olsun, bilgiyi fiziksel olarak taşımazlar ve büyük mesafelerde değiş tokuş ederler. Bazı durumlarda, bilgi alışverişinin ışık hızından daha hızlı gerçekleştiği görülür; bu ise 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.
Kuantum Teleportasyonu Teknolojisinin Güncel Durumu
Pratik Kuantum Veri Transferini Sağlayan Atılımlar
Kuantum dolaşıklığı ve teleportasyonu veri transferi için pratik yollar haline getirmek adına son zamanlarda ilerlemeler kaydedildi.
Bir atılım, görev için sıradan bir optik fiber ağının, normal internet trafiğiyle karıştırıldığında bile kullanılabileceği keşfi oldu. Bu, mevcut kullanılan normal ağa paralel özel bir ağ inşa etmeden pratik kuantum telekomünikasyonunun mümkün olma ihtimalini açıyor.
Başka bir atılım, kuantum bilgisayarlarını bir ağda birleştirme olasılığıdır. Oxford araştırmacıları optik fiberleri kullanarak kuantum bitlerini (kubitleri) bağladı ve fotonlar (ışık parçacıkları) aracılığıyla dolaşıklık sağladı. Bu, her alt birimin birbirine bağlandığı modüler kuantum bilgisayarlarının yolunu açabilir.
Kuantum Teleportasyonunun Sınırlamaları ve Zorlukları
Şu anda düşünülen çoğu kuantum teleportasyon cihazı, fotonların doğrudan A noktasından B noktasına aktarıldığı “lineer” tiptedir.
Bu genellikle sorunludur, çünkü bu tür bir foton transferi sinyale doğal olarak gürültü ekler, bu da telekomünikasyonun başarısız olmasına ya da en azından daha az verimli olmasına yol açabilir.
Başka bir sorun, çoğu foton kaynağının tek bir foton çifti üretmemesi ve bu yüzden dolaşıklığı belirlemenin karmaşık hale gelmesidir.
Doğrusal Olmayan Optik Kuantum İletişimini Nasıl Dönüştürebilir
Illinois Üniversitesi’ndeki bir araştırmacı ekibi, kuantum teleportasyonuna dayalı iletişimin performansını kökten iyileştirecek yeni bir foton kaynağı oluşturmuş olabilir.
Sonuçlarını Physical Review Letters1 dergisinde, “Nanofotonik Doğrusal Olmayan Bell Durum Analizörü ile Sadık Kuantum Teleportasyonu” başlığıyla yayınladılar.
Temel fikir, bu tekniğin çoklu foton emisyonu sorununu azaltması ve doğrusal olmayan optiğin temel prensipleri sayesinde tekniği daha güvenilir hâle getirmesidir.
Kuantum Teknolojisinde Doğrusal Olmayan Optiği Anlamak
Lineer optik, okulda öğretilen normal optik bilimdir; örneğin ışığın bir prizma ile doğrudan etkileşime girmesidir.
Doğrusal olmayan optikte, ışığın geçtiği ortamın tepkisi ışığın dalga boyu, yoğunluğu, yönü ve polarizasyonuna bağlıdır.
“Çoklu foton gürültüsü, tüm gerçekçi dolaşıklık kaynaklarında ortaya çıkar ve kuantum ağları için ciddi bir sorundur.
Doğrusal olmayan optiğin çekiciliği, temel fizik sayesinde çoklu foton gürültüsü etkisini hafifletebilmesi ve kusurlu dolaşıklık kaynaklarıyla çalışmayı mümkün kılmasıdır.
Elizabeth Goldschmidt – Illinois fizik profesörü
Doğrusal olmayan optik bileşenler, farklı frekanslardaki fotonların birleşerek yeni frekanslarda yeni fotonlar oluşturmasına neden olur. Bu özel durumda, “toplam frekans üretimi” (SFG) kullanıldı.
Kaynak: EKSPLA
Fotondaki Birleşme Toplam Frekans Üretimi (SFG) ile
SFG sırasında gerçekleşen foton birleşimi sayesinde, yalnızca bu belirli fotonların frekansları kullanılabilir ve lineer optik kullanıldığında ortaya çıkan çoklu foton gürültüsü büyük ölçüde azaltılır.
Kaynak: SciTechDaily
Bu yeni bir fikir değildir, ancak şu ana kadar SFG’nin gerçekleşmesi o kadar zor olduğundan, bilgi transferi için pratik bir yöntem olacak kadar yeterli foton elde edilememiştir.
“Araştırmacılar bunu uzun süredir biliyorlardı, ancak başarılı SFG olasılığının düşük olması nedeniyle tam olarak araştırılmamıştı.
Geçmişte elde edilen en iyi oran 100 milyon başına 1 idi. Bizim başarımız, nanofotonik bir platformla dönüşüm verimliliğini 10.000 kat artırarak 10.000 başına 1 seviyesine getirmektir.
Doğrusal Olmayan Kuantum Optiğini Mümkün Kılan Yeni Malzemeler
Bu 10.000 katlık verim artışı, doğrusal olmayan optiği, dolaşıklık ölçümü yoluyla veri transferi için kullanılacak fotonları üretmek üzere uygulanabilir bir seçenek haline getiriyor.
Araştırmacılar tarafından geliştirilen indiyum-galyum-fosforlu bir malzeme sayesinde elde edildi.
“Doğrusal olmayan sistemimiz, lineer optik bileşenler kullanan sistemlerdeki teorik %33 sınıra kıyasla %94 doğrulukla kuantum bilgisi iletir,”
Kuantum Teleportasyonu ve Ağ Oluşturma İçin Gelecek Ne?
Bu şu an için çok teorik bir ilerlemedir; çünkü gelecekte araştırmacıların kuantum telekomünikasyon sistemlerini nasıl inşa edeceklerini tamamen değiştirir; şu anda tüm kuantum ağ protokolleri (kuantum teleportasyonu ve dolaşıklık takası dahil) lineer-optik tasarım kullanmaktadır.
Düzenli optik fiber ağlarında dolaşıklı foton transferindeki ilerlemelerle birleştirildiğinde, bu telekomünikasyon yönteminin güvenilirliğini ve verimliliğini kökten değiştirebilir ve birbirine bağlı kuantum bilgisayarları daha önce mümkün olduğundan çok daha yakın bir konuma getirebilir.
Tuzağa Alınmış İyon Kuantum Hesaplamasına Yatırım
Bu kuantum iletişim ilerlemeleri giderek daha uygulanabilir hale geldikçe, IonQ (IONQ ) gibi şirketler teknolojiyi ticarileştirmek için konumlanıyor.
IonQ, tuzağa alınmış iyon teknolojisini kullanan bir kuantum bilgisayar şirketidir; Maryland Üniversitesi ve Duke Üniversitesi’nden alanın öncü bilim insanları tarafından kurulmuştur. 2021 yılında NYSE’de halka açılmıştır.
(IONQ )
IonQ kuantum bilgisayar platformları %99,9 doğruluk sağlayabilir. Şu anda 64-baryum iyon zinciri kullanarak 36 algoritmik kuantum biti (AQ) üretmektedir. Zincir organizasyonu, doğruluk kaybı olmadan diğer tuzağa alınmış iyon tasarımlarına göre çok daha hızlı hesaplama imkanı sunar.
Kaynak: IonQ
IonQ, Ocak 2025’te Qubitekk’i satın alarak şirketin ekibini ve 118 patenti operasyonlarına ekledi. Qubitekk’in uzmanlık alanı kuantum ağlarıdır; fotonik bağlantılar kullanarak kuantum kümelerini etkinleştirir ve kuantum internet yeteneklerini ilerletir.
Kuantum ağları, son derece güvenli iletişimi kolaylaştırmalı ve nihayetinde dağıtık kuantum hesaplamaya olanak tanımalıdır. Alanın ne kadar hızlı ilerlediği göz önüne alındığında, bu konudaki uzmanlık ve fikri mülkiyetler IonQ’nun geleceği için kritik olabilir.
IonQ ayrıca gelecekte veri merkezi uyumlu kuantum bilgisayarlar geliştirmek için NKT Photonics (NKT.CO) ile bir ortaklık geliştiriyor.
Imec ile de iş birliği yapıyor fotonik entegre devreler ve çip ölçekli iyon tuzağı teknolojisi üzerinde, şirketin kuantum bit sayısını, sistem boyutunu ve maliyetlerini ölçeklendirmek için.
Kendi SDK’sını (Yazılım Geliştirme Kiti) geliştirmek yerine, şirket aynı anda tüm büyük SDK’ları destekliyor ve yeni kuantum bilgisayar uygulamaları geliştirmek için birçok önde gelen şirketle ortaklık kuruyor.
Kaynak: IonQ
Honeywell’in bir parçası olan rakibi Quantinuum ile birlikte, IonQ yüksek doğruluk ve daha düşük kuantum bit sayısına sahip tuzağa alınmış iyon sistemlerine odaklanarak ticari kuantum bilgisayarlar geliştirmeye daha da yaklaşıyor.
IonQ, Google, Intel, IBM veya Honeywell gibi diğer liderlerin faaliyetlerine daha az ilgi duyan yatırımcılar için saf bir kuantum bilgisayar hissesine en yakın olanıdır.
Erken başarısı, diğer kuantum bilgisayar yenilikçileriyle güçlü bir ortaklık ağı kurmasına yardımcı oldu ve bu teknolojiyi ilerletmeye devam ediyor; son zamanlarda ağ tabanlı kuantum bilgisayarlara yeniden odaklandı.
Kuantum dolaşıklık telekomünikasyonu giderek daha güvenilir hale geldikçe, birçok yüksek güvenilirliğe sahip tuzağa alınmış iyon kuantum bilgisayarının birleşimi, bu teknolojinin ilk ticari uygulaması için sağlam bir seçenek olabilir.
IonQ Hisse Senedi Haberleri ve Son Gelişmeler
Çalışma Referansı:
1. Joshua Akin, Yunlei Zhao, Paul G. Kwiat, Elizabeth A. Goldschmidt, and Kejie Fang.(2025) Sadık Kuantum Teleportasyonu bir Nanofotonik Doğrusal Olmayan Bell Durum Analizörü. Physical Review Letters134, 160802 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.160802
