Moskova'da bulunan Rus Kuantum Merkezi'nden Prof. Alexander Lvovsky liderliğindeki bilimciler, kuantum dolaşıklığı tekrar kurabilen bir yöntem geliştirdi. Gerçekleştirdikleri deneyle yöntemin çalıştığını kanıtlayan ekibin elde ettiği bulgular Nature Photonics dergisinde yayımlandı. Bu araştırmanın kuantum iletişim ve kuantum şifreleme olanaklarını dikkate değer ölçüde genişletmesi bekleniyor.

İki ya da daha fazla sayıda atom, foton ya da iyon gibi nesnenin durumlarının ilişkilendirilmesi, yani kuantum dolaşıklık (kuantum bağlaşıklık şeklinde ifade edildiği de olur) görüngüsü çağdaş kuantum teknolojisinin temelini oluşturuyor. Güvenli kuantum iletişimde özellikle önem taşıyan bu görüngü, saptanamayan gizli dinlemeler olma olasılığını bütünüyle saf dışı bırakıyor.

Ancak dolaşık durumlar çok narindir. Gürültüye ya da optik kayıplara bağlı olarak aktarım sırasında kolayca dolaşıklık çözülebilir. Ayrıca dolaşıklığın yaratılması da karmaşık deney düzenekleri gerektiren zor bir süreçtir. Dolayısıyla kuantum bilgi aktarım olanağı çok kısıtlıdır. Varolan düzenek, yaklaşık 100 km uzaklığa veri aktarabilecek durumdadır. Şu anda bu uzaklığı arttırmak için çalışan çok sayıda araştırma ekibi var. Yoksa kuantum teknolojilerin pratik uygulamaları son derece sınırlı olabilecek.

Lvovsky'nin Kuantum Optik Laboratuvarı ekibi bir dizi deney gerçekleştirdi. Bu deneylerde, 20 katlık bir optik kaybın ardından neredeyse tamamen dağılmış olan, iki optik kanal içindeki ışık atımları arası kuantum bağlaşıklık düzeyini yeniden elde etmeyi başardılar. Söz konusu kayıp, 65 km'lik sıradan fiber optik kablodaki kayıp düzeyine denk geliyor.

Deneyde dolaşık fotonların kaynağı olarak periyodik kutuplu potasyum titanil fosfat nonlineer kristali kullanılmış. Bir titanyum-safir lazer tarafından üretilen pikosaniyelik ışık atımları bu kristale ateşlenmiş. Bunun sonucunda kristalde dolaşık foton çiftleri oluşmuş ve bunlar iki farklı optik kanala yönlendirilmiş. Optik kanallardan birinde ışık karartılmış cam kullanılarak 20 kat yavaşlatılarak, dolaşıklık düzeyi neredeyse sıfıra düşürülmüş. Ardından  uygulanan özel bir yükseltme prosedürü sayesinde kanalda bulunan ışığın kuantum özellikleri tekrar çağırılarak, kayıptan önce ölçülen düzeye yakın duruma getirilmiş.

Sözü geçen prosedür, kanalda bulunan ışık atımı ile bir ışın demeti ayırıcıdaki (yarı-geçirgen aynadaki) tek bir yardımcı (İng. auxiliary) fotonun biraraya getirilmesi ile işliyor. Demet ayırıcının çıkışlarından birine foton dedektörü (algıç) yerleştiriliyor. Eğer algıç "tık" ederse, foton demet ayırıcıya girip çıkmış demek oluyor. Dolaşık çiftin diğer parçası olan ikinci atımın, demet ayırıcıya girme durumunun değişmemesi gerektiği düşünüebilir. Ancak kuantum girişim olayının paradoksal özellikleri dolayısıyla, durum sahip olduğu kuantum özelliklerin "güçlenmesi" yönünde değişir.

Lvovsky ve çalışma arkadaşları tarafından 2002 senesinde keşfedilen bu görüngü, kimyasal bir katalizör gibi görev yapan yardımcı foton nedeniyle "kuantum kataliz" olarak adlandırılır. Fotonun kendisi olaya dahil olmadığı halde, diğer kanaldaki ışığın durumunu değiştirir. "O zamanlar merak uyandırıcı bir görüngüden fazlası değildi, ki kuantum fiziğinde böyle şeyler çoktur. Şimdiyse harika uygulama alanları olabileceği ortaya çıktı. Kuantum ışığın bozulan dolaşıklığını yeniden kurmamızı sağlayabiliyor," diyor Lvovsky.

Lvovsky'e göre bu çalışma bir kuantum yineleyicinin, yani fiber optik bağlantılardaki kuantum bilgi kaybını düşürebilecek bir aygıtın yapılandırılması yolunda atılmış bir adım. İleride kuantum bilgi iletimi için küresel bir sistem kurulması ve kuantum şifreleme alanındaki sınırlamaların aşılması bu sayede mümkün olabilir.

 

---

Kaynak: Phys.org, "Physicists have learned how to restore the entanglement of 'untangled' quantum light"
< http://phys.org/news/2015-10-physicists-entanglement-untangled-quantum.html >
Referans: Alexander E. Ulanov et al. "Undoing the effect of loss on quantum entanglement," Nature Photonics (2015). DOI: 10.1038/nphoton.2015.195
< http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2015.195.html >
Görsel Telif: Jonas Schmöle

---