Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Cenevre Üniversitesi'nden (UNIGE) bir ekip, bir kristalde ("bellek") 20 milisaniye boyunca bir kübit saklamayı başararak bir dünya rekoru kırdı ve uzun mesafeli kuantum telekomünikasyon ağlarının geliştirilmesine yönelik büyük bir adım attı."
Quantum Telecommunications Breakthrough: New world record for qubit storage
Bilgisayarlar, akıllı telefonlar, GPS: kuantum fiziği birçok teknolojik gelişmeyi mümkün kıldı. Artık ultra güvenli telekomünikasyon ağları geliştirmek amacıyla kriptografide (mesaj kodlama sanatı) yeni araştırma alanları açıyor. Ancak bir engel var: bir optik fiber içinde birkaç yüz kilometre sonra, kübitleri veya "kuantum bitlerini" (bilgi) taşıyan fotonlar ortadan kayboluyorlar. Bu nedenle, kısmen kuantum belleğe dayanan bir tür "röle" olan "tekrarlayıcılara" ihtiyaç duyuyorlar. Cenevre Üniversitesi'nden (UNIGE) bir ekip, bir kristalde ("bellek") 20 milisaniye boyunca bir kübit saklamayı başararak bir dünya rekoru kırdı ve uzun mesafeli kuantum telekomünikasyon ağlarının geliştirilmesine yönelik büyük bir adım attı. Bu araştırma npj Quantum Information dergisinde bulunabilir.
Qubits Dolaşık Kafes Çizimi
20. yüzyılda geliştirilen kuantum fiziği, bilim adamlarının atomların ve parçacıkların davranışlarını ve ayrıca elektromanyetik radyasyonun belirli özelliklerini tanımlamasını sağlamıştır. Klasik fizikten kopan bu teoriler gerçek bir devrim üretti ve bir parçacığın aynı anda birkaç yerde olma olasılığını tanımlayan süperpozisyon veya karışıklık gibi makroskopik dünyada eşdeğeri olmayan kavramları tanıttı. Bu, iki parçacığın belli bir mesafeden bile birbirini anında etkileme yeteneğini tanımlıyor ("uzaktan ürkütücü eylem").
Kuantum teorileri, artık bir mesajı kodlama tekniklerini bir araya getiren bir disiplin olan kriptografideki birçok araştırmanın merkezinde yer alıyor. Kuantum teorileri, bir optik fiber içindeki bir ışık parçacığı (bir foton) tarafından iki muhatap arasında iletildiğinde bilgi (bir kübit) için mükemmel özgünlük ve gizliliği garanti etmeyi mümkün kılıyor. Süperpozisyon fenomeni, göndericinin mesajı ileten fotonun engellenip engellenmediğini hemen bilmesini sağlıyor.
Sinyali hafızaya alma
Bununla birlikte, uzun mesafeli kuantum telekomünikasyon sistemlerinin geliştirilmesinin önünde büyük bir engel vardır: birkaç yüz kilometrenin ötesinde fotonlar ve sinyal kaybolmaktadır. Sinyal kopyalanamayacağından veya yükseltilemeyeceğinden - gizliliğini garanti eden kuantum durumunu kaybedeceğinden - zorluk, özellikle bir kuantum hafızasına dayalı "tekrarlayıcılar" oluşturarak onu değiştirmeden tekrarlamanın bir yolunu bulmaktır.
Qubit Depolama Kristali
2015 yılında, Cenevre Üniversitesi Fen Fakültesi (UNIGE) Uygulamalı Fizik Bölümü'nde kıdemli öğretim görevlisi olan Mikael Afzelius liderliğindeki ekip, bir foton tarafından taşınan bir kübiti 0,5 milisaniye boyunca bir kristalde saklamayı başardı (bir 'hafıza').
Bu süreç, fotonun kuantum durumunu kaybolmadan önce kristalin atomlarına aktarmasına izin veriyordu. Bununla birlikte, fenomen, uzun mesafeli kuantum telekomünikasyonunun geliştirilmesi için bir ön koşul olan daha büyük bir bellek ağının inşasına izin verecek kadar uzun sürmedi.
Depolama kaydı
Bugün, Avrupa Kuantum Amiral Gemisi programı çerçevesinde Mikael Afzelius'un ekibi, 20 milisaniyelik bir kübit depolayarak bu süreyi önemli ölçüde artırmayı başardı. "Bu, katı hal sistemine, bu durumda bir kristale dayanan bir kuantum bellek için bir dünya rekoru. Hatta küçük bir aslına uygunluk kaybıyla 100 milisaniye sınırına ulaşmayı bile başardık”, diyor araştırmacı. UNIGE bilim adamları, önceki çalışmalarında olduğu gibi, ışığı emebilen ve ardından yeniden yayan, "nadir toprak elementleri" (bu durumda europium) olarak adlandırılan belirli metallerle katkılı kristaller kullandılar. Bu kristaller -273,15°C'de (mutlak sıfır) tutuldu, çünkü bu sıcaklığın 10°C'nin üzerinde, kristalin termal çalkalanması atomların dolaşıklığını yok eder.
"Kristale Tesla'nın binde biri büyüklüğünde küçük bir manyetik alan uyguladık ve kristale yoğun radyo frekansları göndermekten oluşan dinamik ayrıştırma yöntemlerini kullandık. Bu tekniklerin etkisi, nadir toprak iyonlarını çevredeki bozulmalardan ayırmak ve şimdiye kadar bildiğimiz depolama performansını neredeyse 40 kat arttırmaktır" diye açıklıyor UNIGE Fizik Uygulamalı Departmanı'nda doktora sonrası araştırmacı olan Antonio Ortu. Bu araştırmanın sonuçları, uzun mesafeli kuantum telekomünikasyon ağlarının geliştirilmesi için büyük bir ilerleme oluşturmaktadır. Ayrıca, bir foton tarafından taşınan bir kuantum durumunun depolanmasını, insanlar tarafından tahmin edilebilecek bir zaman ölçeğine getirirler.
On yılda verimli bir sistem
Bununla birlikte, hala üstesinden gelinmesi gereken birkaç zorluk var. “Şimdiki zorluk, depolama süresini daha da uzatmak. Teorik olarak, kristalin radyo frekanslarına maruz kalma süresini artırmak yeterli olacaktır, ancak şimdilik, daha uzun bir süre boyunca uygulanmasının önündeki teknik engeller 100 milisaniyenin ötesine geçmemizi engelliyor. Ancak, bu teknik zorlukların çözülebileceği kesin.” diyor Mikael Afzelius.
Bilim adamları ayrıca, aynı anda tek bir fotondan daha fazlasını depolayabilen ve böylece gizliliği garanti edecek 'dolaşık' fotonlara sahip olan anıları tasarlamanın yollarını bulmak zorunda kalacaklar. Araştırmacı, "Amaç, tüm bu noktalarda iyi performans gösteren ve on yıl içinde pazarlanabilecek bir sistem geliştirmektir" diyerek sözlerini sonlandırıyor.
Univesity Of Geneva, 25 Mart 2022, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 20.04.2022, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: Antonio Ortu, Adrian Holzäpfel, Jean Etesse ve Mikael Afzelius, 15 Mart 2022, npj Quantum Information tarafından "Nadir toprak katkılı bir kristalde 20 ms'ye kadar fotonik zaman kutusu kübitlerinin depolanması". DOI: 10.1038/s41534-022-00541-3
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.