Fizikçiler rekor kıran 420 km’lik bir alanda kuantum anılarını dolaştırıyor

Optik fiberler halihazırda küresel iletişim sistemlerinin omurgasını oluşturmaktadır. Ancak son zamanlarda fizikçiler, bilginin dolaşık kuantum parçacıkları yoluyla iletilmesiyle, potansiyel olarak çok uzak mesafeler arasında anlık bilgi alışverişinin sağlanmasıyla işlevselliklerinin nasıl daha da artırılabileceğini keşfetmeye başladılar. Böyle bir sistem, bugün mümkün olanın ötesinde bir düzeyde güvenlik ve bilgi işlem gücü sunan gelecekteki ‘kuantum internet’in temeli olabilir.

Yayınlanan yeni araştırmada Fiziksel İnceleme MektuplarıHefei’deki Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Xi-Yu Luo liderliğindeki bir ekip, 420 kilometrelik (261 mil) optik fiber boyunca iki kuantum hafızayı dolaştırarak bu vizyonu her zamankinden daha ileri götürdü; bu, önceki rekorun dört katından fazla.

Üstel emilim

Dolanık fotonlar bugüne kadar optik fiberlerden geçerken kuantum bilgilerini 404 kilometreye (251 mil) kadar koruyabildi, ancak bu sınırı aşmanın oldukça zor olduğu biliniyor.

Cam tamamen şeffaf olmadığından, her kilometrelik fiber, içinden geçen fotonların hemen hemen aynı kısmını emer. Bu oran mesafe arttıkça arttığından, tek bir fotonun çok uzun bir yolculukta hayatta kalma şansı katlanarak azalır. Buna ek olarak, dolanık fotonların bilgi depolama kapasitesi, çok daha kısa aralıkların ötesinde, büyük ölçüde erişilemez kalmıştır.

Dolaşmış bulutları birbirine bağlamak

Luo’nun ekibi sorunu ‘Duan-Lukin-Cirac-Zoller’ planı adı verilen bir yaklaşımla çözdü. Kırılgan, dolaşmış bir foton çiftini hattın her iki ucuna güvenli bir şekilde ulaştırmaya çalışmak yerine, her iki uçta aşırı sıcaklıklara soğutulmuş bir atom bulutu bulunur. Her bulut, o atom bulutunun kuantum durumunun izini taşıyan tek bir foton yaymak üzere dürtüklenebilir.

Sadece bir fotonun, muadili ile karşılaştırılacağı ortadaki buluşma noktasına kadar uzun bir yolculuk yapması gerekiyor. Başarılı bir karşılaştırma, fiziksel olarak hiçbir zaman birbirine değmemesine ve her birinin yalnızca tek bir yöne ışık göndermesine rağmen, iki atom bulutunun artık dolaşık olduğunu doğruluyor.

Kuantum internete doğru

Bu sistemi uygulamak için ekip, atomların fotonlarını telekomünikasyonda kullanılan ve fiberde çok daha az kayıpla dolaşan dalga boylarına dönüştürdü. Ayrıca, fotonların doğru şekilde müdahale etmesi için gereken hassas zamanlamayı bozabilecek küçük titreşimlere ve sıcaklık değişimlerine karşı koymak için bir stabilizasyon sistemi de kurdular.

Bu iyileştirmelerin uygulanmasıyla, yaklaşık 420 kilometre (261 mil) uzunluğunda bir optik fiberle ayrılmış iki atom bulutu arasındaki dolanıklığı doğruladılar. 320 kilometrenin (199 mil) ötesinde, onların yaklaşımı, herhangi bir hafıza gerektirmeden doğrudan fiber üzerinden dolaşıklık göndermek için en iyi teorik sınırı aştı.

Deney, bellek tabanlı kuantum ağlarının uzun mesafelerde doğrudan iletimden gerçekten daha iyi performans gösterebileceğinin ilk gösterimini işaret ediyor. Sonuç olarak bu, kuantum bilgisayarlar arasında sağlam, uzun mesafeli bağlantılara ve nihayetinde tüm ülkeleri kapsayan su geçirmez iletişim ağlarına doğru umut verici bir adıma işaret ediyor.