Kuantum ağları, bağlı kuantum bilgisayarlardan, kuantum sensörlerinden veya diğer kuantum cihazlarından oluşan sistemler, daha hızlı ve daha güvenli iletişim sağlama potansiyeline sahiptir. Bu ağların kurulması, parçacıklar veya sistemler arasında bir bağlantıyı gerektiren, dolaşıklık olarak bilinen bir kuantum olgusuna dayanır; birinin kuantum durumu, birbirlerinden çok uzakta olsalar bile diğerini etkiler.
Şu ana kadar kuantum ağları kurmak için kullanılan atom bazlı kübitler görünür veya ultraviyole dalga boyunda çalışıyor; bu da sinyallerin optik fiberler aracılığıyla uzun mesafelere iletilmesi için ideal değil. Ancak bu sinyallerin telekom bandı dalga boylarına dönüştürülmesi iletişimin verimliliğini azaltabilir ve kübitler arasındaki bağlantıyı bozabilecek istenmeyen sinyallerin ortaya çıkmasına neden olabilir.
Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’nden Prof. Jacob P. Covey liderliğindeki bir araştırma ekibi yakın zamanda bir dizi iterbiyum-171 atomu kullanarak telekom bandı dalga boyu kuantum ağını gerçekleştirdi. Makaleleri şu tarihte yayınlandı: Doğa Fiziğidoğrudan telekomünikasyon bandında üretilen atomlar ve optik fotonlar arasında yüksek kalitede dolaşıklığı gerçekleştirmek için umut verici bir yaklaşım sunuyor.
Makalenin ortak yazarı Xiye Hu, CEİD’a şöyle konuştu: “Ortak dolaşıklığa sahip kuantum cihaz ağları, kuantum bilgi biliminde yeni fırsatlar sunuyor.”
“Uzun ömürlü yarı kararlı durumu nedeniyle geleneksel olarak optik atom saatlerinde kullanılan İterbiyum-171, kuantum hesaplama ve metrolojide yeni uygulamalarla atom dizisi topluluğunda becerikli bir aday olarak ortaya çıktı.”
Kuantum ağlarını gerçekleştirmek için Hu ve meslektaşları kuantumun benzersiz özelliklerinden yararlandılar. 171Uzun menzilli iletişim için umut verici olduğu bilinen Yb atom dizileri. Ağları, dağıtılmış hesaplamayı destekleyebilen bir kuantum işlemci ağının veya hassas zaman işleyişi ve algılama uygulamaları için atomik saatlerden oluşan bir kuantum ağının gerçekleştirilmesine yönelik önemli bir adımı işaret ediyor.
“Yarı kararlı durumdan 171Yb, 1389-nm’de orta derecede geniş bir geçişe sahiptir; bunu, tek bir atom ile bir telekom bandı tek foton arasında yüksek doğrulukla zaman kutusu kodlu dolaşıklığı gerçekleştirmek için kullandık” diye açıkladı Hu.
“Tek boyutlu atom dizimizi ticari bir fiber dizi üzerine görüntüleyerek, tek fotonların toplanmasının ve sonraki nesil dolaşıklığın dizi boyunca paralelleştirilebileceğini gösterdik.”
Hu ve meslektaşları, paralelleştirilmiş kuantum ağ oluşturma yaklaşımının uygulanabilirliğini bir dizi testte gösterdiler ve bunun, ağdaki farklı alanlar arasında eşit derecede yüksek bir dolaşma doğruluğu ve ihmal edilebilir düzeyde karışma sağladığını buldular. Daha sonra, ağ oluşturma girişimleri sırasında veri kübitlerinin tutarlılığının korunmasına olanak tanıyan bir araç olan bir ‘devre ortası ağ protokolü’ de tasarladılar.
Hu, “Ulaşılan zaman kutusu kodlu atom-foton dolaşma doğruluğunu sınırlayan hem fiziksel hem de teknik faktörleri ayrıntılı olarak inceledik ve iyileştirmeler için somut çözümler sunduk” dedi.
“En önemlisi, teknik iyileştirmelerle %99 aslına kolaylıkla ulaşılabileceğini gösterdik. İkinci olarak, fiber dizisinin, dolaşma aslını engelleyebilecek ek hata kaynaklarına yol açmadığını doğruladık.”
Önemli bir özelliği 171Araştırmacıların kullandığı Yb atom dizisi, bir fiber dizisine geometrik benzerliğidir. Hu ve meslektaşları, ağlarının genelleştirilmiş paralelleştirme görevlerinin (yani, daha küçük alt görevlere bölünebilen ve bir ağdaki farklı kubitler veya cihazlar tarafından eşzamanlı olarak tamamlanabilen görevler) üstesinden gelmek için yararlı olabileceğine inanıyor.
Bu araştırmacılar tarafından geliştirilen tasarım stratejileri ve orta devre ağ protokolü, yakında diğer araştırma ekipleri tarafından paralel kuantum ağlarını gerçekleştirmek için kullanılabilir. Protokolün, daha büyük bir ağ içindeki tek bir kuantum işlemci üzerinde hesaplama veya depolama tutarlılığını sürdürürken, ağ oluşturma görevlerini planlamak için son derece umut verici olduğu kanıtlandı.
Hu, “Gelecekteki çalışmalarımızın bir parçası olarak yapabileceğimiz en önemli iyileştirmelerden biri, objektif mercek kullanmaktan, tek foton toplama için boşluk kullanmaya geçiş yapmaktır” dedi. “Diğerlerinin yanı sıra boşluk, toplama verimliliğinde büyük ölçüde iyileşme sağlıyor ve bu da ağ oluşturma oranını büyük ölçüde artırıyor.”
Covey Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar şu anda bir kuantum ağı içinde yüksek hızlı ve uzun mesafeli iletişimi gerçekleştirmeyi amaçlayan yeni bir ikinci nesil iterbiyum deneyi tasarlıyorlar. Bu deneyde ekip, atom dizisini 1.389 nm geçiş için kaplanmış makroskobik eş odaklı bir boşluğa yerleştirmeyi planlıyor.
Hu, “Son çalışmalarımızın bir parçası olarak gösterilen zaman kutusu kodlu atom-foton dolaşıklığı, sonuçta, ya tek bir aparattaki iki atom arasında ya da iki farklı aparattaki iki atom arasında uzaktan atom-atom dolaşıklığını gerçekleştirecek şekilde genişletilecektir” diye ekledi.
Yazarımız Ingrid Fadelli tarafından sizin için yazılan, Sadie Harley tarafından düzenlenen ve Robert Egan tarafından doğrulukları kontrol edilen ve gözden geçirilen bu makale, insanların dikkatli çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse lütfen bağış yapmayı düşünün (özellikle aylık). Bir alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesaplayın.
