Kuantum Işınlanma sonunda laboratuvardan çıkmayı başarıp, günlük hayatın aktığı yerlerde gerçekleşti. Birbirlerinden bağımsız iki bilim ekibi tarafından, Kanada'nın Calgary ve Çin'in Hefei kentlerinde bulunan fiber optik ağlar boyunca kuantum enformasyon birkaç kilometre öteye başarıyla gönderildi. Yapılan deneyler kuantum ışınlanmanın gerçek olduğunu göstermekle kalmayıp, ileride kentler ve hatta kıtalar arasında uzanan, ele geçirilmesi olanaksız kuantum iletişim sistemlerinin yapılandırılmasında kullanılabilecek bir teknoloji olduğunu da ortaya koydu.

Kuantum ışınlanmanın temelinde "kuantum dolaşıklık" adı verilen garip görüngü var. Dolaşık durumdaki iki parçacıktan biri üzerinde ölçüm yapıldığında, dolaşık ikizinin durumu eşzamanlı olarak bu ölçümden etkilenir. Aralarındaki uzaklıktan bağımsız biçimde eşzamanlı bir biçimde gerçekleşmesinden ötürü, Einstein bu görüngüye "uzaktan hayaletimsi etki" adını takmıştı. İşte bu özellikten yararlanarak, kuantum ışınlanma bir parçacığın kuantum durumunun ikizine aktarılmasına olanak tanıyor. Aralarındaki uzaklık önemsiz oluyor ve aralarında hiçbir fiziksel alışveriş gerçekleşmiyor.

Elbette bu işlem, bilimkurgu öykülerinde betimlenen ışınlanma gibi değil; kuantum ışınlanma ile insanlar değil, sadece enformasyon ışınlanabilir. Yine de bu yöntemle son derece işe yarar yenilikler yaşantımıza girebilir. Bütünüyle güvenli iletişim sistemlerine bu sayede sahip olabiliriz. Gönderilen bir verinin şifresini çözmenin tek yolu, dolaşık ikizlerden birinin durumunu bilmek olacağı için üçüncü şahısların veriyi çalma olasılığı ortadan kalkar.

Fiber Optik Ağda Kuantum Işınlanma

Kanada ve Çin'de yapılan son deneylerde, ekipler birbirlerinden biraz farklı deney düzenekleri kullandı ve hafifçe farklı sonuçlar elde etti. Her iki çalışmanın da ayrıntıları Nature Photonics dergisinde yayımlanan makaleler ile paylaşıldı. Deneylerin en büyük ortak noktası, halihazırda var olan fiber optik ağları kullanarak enformasyonu ışınlamış olmaları. Kullanışlı kuantum iletişim sistemlerinin yapılandırılması açısından bu çok önemli bir nokta. Aslında kuantum ışınlanma, uzun mesafeler arasında daha önce de başarılmıştı. 2012 yılında Avusturya'da çalışan bir grup fizikçi, lazer kullanarak 143 km uzağa enformasyonu ışınlayarak rekor kırmıştı. Ancak kullandıkları teknolojinin, fiber optik ağlar kadar kullanılabilirliği yoktu.

Deneyleri daha iyi anlatabilmek için Anil Ananthaswamy şöyle bir benzetme yapıyor: Alis, Bob ve Çarli adlarında üç kişi olsun. Alis ile Bob kriptografik anahtarlar paylaşmak istiyor ve bunu yapabilmek için Çarli'nin yardımına gereksinimleri var. Alis Çarli'ye bir parçacık gönderirken, Bob da iki parçacığı dolaşık duruma getirip bunlardan birini Çarli'ye gönderiyor. Çarli her ikisinden de gelen iki parçacığı ölçüyor. Böylece bu parçacıklar ayırt edilemez oluyorlar. Sonuçta Alis'in parçacığının kuantum durumu, Bob'un dolaşık parçacığına aktarılmış oluyor.

Kanada deneyi tam olarak bu süreci gerçekleştirdi ve Calgary'nin fiber optik ağının 6,2 km'lik bölümü üzerinden kuantum enformasyon gönderebildi. Ekipten Wolfgang Tittel, bu uzaklığın yukarıdaki benzetmede Çarli ile Bob arasındaki uzaklığa karşılık geldiğini belirtiyor.

Çin deneyinin kuantum ışınlaması ise daha uzaktan başarıldı: 12,5 km. Ancak onların deney düzeneği biraz farklıydı. Çarli ortada bulunuyor ve dolaşık parçacıkları yaratarak birini Bob'a gönderiyordu. Bu yöntem daha hatasız bir iletişime olanak sağlıyor ve merkezi bir kuantum bilgisayarın (yani Çarli'nin) çevredeki pek çok Alis ve Bob ile haberleştiği kuantum ağlar için çok işe yarayacağı anlaşılıyor. Calgary modeli ise çok daha büyük uzaklıklara yayılabilir, çünkü Bob bir kuantum yineleyici gibi çalışıp enformasyon daha da uzaklara gönderebilir.

Hız Değil, Güvenlik Vaad Ediyor

Her iki deneyin de hoşa gitmeyen yanı, pek fazla enformasyon gönderememiş olmaları. Calgary deneyi daha hızlıydı ve dakikada 17 foton yollamayı başardı. Her ne kadar çoğu kişi kuantum ışınlanmanın iletişimi hızlandıracağını sansa da, aslında dolaşık parçacığın kuantum durumunun şifrelenmesi bir anahtar gerektiriyor. Bu anahtarın ise bildiğimiz yavaş iletişim ile gönderilmesi gerekiyor. O nedenle kuantum ışınlanma şu anda sahip olduğumuz internetten daha hızlı olmayacak; sadece daha güvenli olacak.

Çalışmaların en önemli yanı ise kuşkusuz yeni altyapı gerektirmeyip, var olan telekomünikasyon ağlarını kullanarak uzun mesafeli kuantum ışınlanma yapılabileceğini göstermeleri. Bu daha önce laboratuvar dışında yapılamamış bir işlemdi.

---

Kaynaklar:

• Science Alert, "Quantum teleportation was just achieved over more than 7 km of city fibre"
  < http://www.sciencealert.com/quantum-teleportation-was-just-achieved-over-7-km-of-cable >


• Phys.org, "Towards quantum Internet: Researchers teleport particle of light six kilometres"
  < http://phys.org/news/2016-09-quantum-internet-teleport-particle-kilometres.html >

İlgili Makaleler:

• Raju Valivarthi et al. Quantum teleportation across a metropolitan fibre network, Nature Photonics (2016). DOI: 10.1038/nphoton.2016.180


• Qi-Chao Sun et al. Quantum teleportation with independent sources and prior entanglement distribution over a network, Nature Photonics (2016). DOI: 10.1038/nphoton.2016.179

---