Kuantum teknolojileri (kuantum mekaniğinin süperpozisyon ve dolanıklık gibi etkilerinden yararlanarak hesaplama, algılama ve iletişim yapan sistemler) uzun mesafelerde birbirine bağlanırken en büyük engellerden biriyle, uyumsuzluk (decoherence) kaynaklı bilgi kaybıyla karşılaşıyor. Bu nedenle kuantum bilgiyi cihazlar arasında aktaracak kuantum ağlarının güvenilir kurulumu, alandaki temel bir hedef olarak öne çıkıyor.
BELLEKSİZ RÖLE ATAĞI
Bu ağların genişlemesi için ara istasyonlar, yani kuantum röleleri şart. Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden araştırmacılar, önceki yaklaşımlara kıyasla daha ölçeklenebilir bir ara röle mimarisi tasarladı. Mimari, 300 km mesafeye kadar güvenli kuantum iletişimi mümkün kıldı. Ekip, ilhamını ölçüm cihazından bağımsız kuantum anahtar dağıtımı (MDI-QKD) alanındaki son ilerlemelerden (özellikle mod eşleştirme şemasının doğrusal hız-kayıp sınırını aşma ve sinyal-gürültü oranını kayda değer şekilde artırma potansiyelinden) aldığını belirtiyor. Bu çerçeve, performansı daha da yükseltmek için ek kuantum düğümleri ekleyerek ölçekleme olanağını gündeme taşıdı.
TEK FOTON KAYNAĞI
Klasik kuantum tekrarlayıcılar prensipte ölçeklenebilir olsa da, pratikte çoğu öneri kuantum bellekler gerektiriyor; bu bileşenler henüz gerçek dünya uygulamasına hazır değil. Ekip, buna alternatif olarak tek foton kaynaklarını röle olarak kullanan modüler bir mimari geliştirdi.
Hedef; tek foton kaynaklarını girişim tabanlı ölçümlerle birleştirerek, bellek olmadan uzun mesafeli kuantum iletişim kurmaktı. Sonuçta üç güvenilmeyen ara düğüm içeren beş düğümlü bir ağ kuruldu; bu sayede güvenlik, esneklik ve saha uygulama potansiyeli birlikte sağlandı.
AĞ TOPLOLOJİSİ VE İŞLEYİŞ
Mimari beş düğümden oluşuyor: Alice ve Bob adlı iki son kullanıcı, kuantum bilgiyi tutarlı ışık darbelerine kodluyor; merkezi tek foton kaynağı yayımladığı fotonları iki yola bölüyor; iki ölçüm düğümü de bu tek fotonları Alice ve Bob’un darbeleriyle girişime sokuyor.
Tek foton dedektörleri girişim sonuçlarını kaydediyor; sonradan seçilim ile kuantum bilgi aktarımı tamamlanıyor. Araştırma ekibi, mimarinin bir diğer avantajının fotonların ağda kat ettiği etkin mesafeyi kısaltması olduğunu; bunun da sinyal-gürültü oranını iyileştirerek güvenilirliği artırdığını rapor ediyor.
GÖRÜNÜRLÜK VE GÜVENLİK
İlk testlerde tek fotonlar ile tutarlı durumlar arasında %85’in üzerinde girişim görünürlüğü elde edildi; bu, sistemin sağlam performansını doğruladı. Mimarinin modüler ve ölçeklenebilir yapısı yeni düğümlerin sorunsuz entegrasyonuna imkân verirken, ara rölelerin güvenilir olma zorunluluğu da yok; bu da dağıtımın maliyet ve karmaşıklığını düşürüyor. Kritik bir unsur olarak, ekip daha önce geliştirdikleri kuantum nokta tek foton kaynağını entegre etti: 304,52 MHz’de çalışan, neredeyse birlik ayırt edilemezlik sunan bu kaynak, 300 km fiber üzerinde güvenli anahtar dağıtımını mümkün kıldı.
1.000 KM HEDEFİ
Gösterim, tek düğümlü bağlantılardan çok düğümlü kuantum ağlara geçiş için ölçeklenebilir bir şablon sunuyor. Kullanılan bileşenler mevcut fiber altyapıyla uyumlu, bu da gerçek dünya uygulamasını kolaylaştırıyor. Araştırmacılar şimdi girişim görünürlüğünü artırıp hata oranlarını azaltarak 1.000 km’nin ötesine geçmeyi hedefliyor.
Yol haritasında ek tek foton kaynakları ve ölçüm düğümlerinin devreye alındığı çok katmanlı yıldız gibi daha karmaşık ağ topolojileri var. Bunun yanında gelişmiş stabilizasyon ve senkronizasyon şemalarıyla spektral örtüşme, zamanlama ve faz gürültüsü gibi teknik zorluklar ele alınacak; böylece saat kaynaklı hatalar düşürülerek uzun mesafede dayanıklılık artırılacak.
