Bilim dünyasında imkansız olarak görülen pek çok gelişme zamanla gerçeğe dönüşebiliyor. Bu durumu destekleyen en son örneklerden biri, Dünya'dan bir uyduya kuantum sinyali göndermenin fizibilitesini hesaplayan yeni bir çalışma oldu. Bu gelişme, daha büyük ve daha güçlü kuantum iletişim ağlarının kurulmasının önünü açabilir.
Şu anda uydulardan yer istasyonlarına dolaşık parçacıkların gönderilmesi mümkün olsa da, sinyalin kararlılığındaki zorluklar nedeniyle ters yönde, yani Dünya'dan uzaya foton transferi yapma fikri daha önce imkansız olarak görülüyordu.
Avustralya'daki Teknoloji Üniversitesi'nden (UTS) bir ekip tarafından gerçekleştirilen bu son çalışma, bunun yapılabileceğini öne sürüyor. Çalışma, dolaşıklık değiştirme (entanglement swapping) yöntemini kullanan ayrıntılı bir modele dayanıyor ve bu modelde muhtemel atmosfer koşulları, uydu konumu ve kaçak foton ile gürültüden kaynaklanan parazitler dikkate alınıyor.
Araştırmacılar, "Temel fikir, yörüngede Dünya'dan yaklaşık 500 kilometre yükseklikte, saatte yaklaşık 20.000 kilometre hızla hareket eden bir uyduya ayrı yer istasyonlarından iki tekil ışık parçacığı ateşlemek. Bu parçacıkların o kadar kusursuz bir şekilde karşılaşması ki, kuantum girişimi (quantum interference) gerçekleşsin," şeklinde açıklıyor. Model, Dünya'dan gelen arka plan ışığı, Güneş'ten gelen yansımalar, atmosferik etkiler ve optik sistemlerin kusurlu hizalanması gibi gerçek dünya etkilerini de hesaba kattı.
Peki bu gelişme neden önemli? Kuantum internet, doğası gereği hacklenemez ağlar vaat ediyor. Yetkisiz kişiler veriye bakmaya çalıştığı anda, veri bozuluyor. Foton gibi dolaşık parçacıklar, her iki uçta iletişimi doğrulamak için kullanılıyor.
Günümüzde bu gizli anahtarlar uydularda oluşturulup yere doğru ışınlanabiliyor. Fotonları aşağı yönde sabit tutmak daha kolay çünkü atmosferik dağılma, iletimin sonunda değil başında meydana geliyor. Ayrıca, uzaydaki hareketli bir uyduyu hedeflemektense yere sabitlenmiş daha büyük hedefleri vurmak da daha kolay.
Buradaki en büyük dezavantaj ise güç. Uyduların sınırlı güç kaynağı var. Ancak yer istasyonları ise daha fazla güce sahip. Daha zorlu görevlerin yerde yapılması, daha hızlı bir şekilde daha fazla dolaşık foton çifti üretilmesini ve ardından dağıtım için uydulara ışınlanmasını sağlıyor.
Bu yöntemle, uydunun yalnızca gelen fotonları değiştirecek ve sonucu raporlayacak kompakt bir optik birime ihtiyacı oluyor. Bu, yere kaybı telafi etmek için gereken saniyede trilyonlarca fotonu üretecek kuantum donanımına sahip olmaktan daha pratik bir çözüm sunuyor. Bu, maliyeti ve boyutu düşürüyor ve yaklaşımı daha uygulanabilir hale getiriyor.
Bu sistem teknik olarak yüksek doğrulukla (veri güvenilirliğini sağlayan) çalışabilse de, yalnızca güneş ışığının parazitinden uzak, geceleri işleyebiliyor ve bu durumda bile dikkatli bir kalibrasyon gerektiriyor. Ancak bu, üzerine inşa edilecek önemli bir temel oluşturuyor.
Tamamen işleyen bir kuantum iletişim ağı hala uzak bir ihtimal olsa da, artık çift yönlü sistemlerin en azından teorik olarak mümkün olduğu biliniyor. Araştırmacılar, gelecekteki gerçek dünya testlerinin dronlar veya balonlardaki alıcılarla gerçekleştirilebileceğini öne sürüyor.
Gelecekte kuantum dolaşıklığın, insanların kullandığı ve diğer şeyleri çalıştıran bir araç haline geleceği belirtiliyor. Tıpkı elektrik gibi, kullanıcıların çoğunlukla farkında olmadan kullandığı bir teknoloji olacak.
Bu araştırma, Physical Review Research dergisinde yayımlandı.
