Binlerce kilometre uzaklıktaki kuantum bilgisayarlarının değiş tokuş ettiği muazzam miktardaki kuantum verisi JPL ve Caltech tarafından oluşturulan yeni bir dedektör tarafından değiştirilebilir. Mevcut bilgisayarlardan milyonlarca kat daha hızlı çalışma potansiyeli kuantum hesaplamada yatmaktadır. Ancak kuantum bilgisayarların uzak mesafelere bağlanabilmesi için özel bir kuantum iletişim ağına ihtiyaç duyulacaktır.
NASA’nın Jet İtiş Gücü Laboratuvarı ve Caltech’teki bilim insanları, böyle bir ağın oluşumuna yardımcı olmak amacıyla sayısız küçük fotonu (kuantum ışık parçacıkları) inanılmaz bir doğrulukla sayabilen bir cihaz yarattılar. Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta (PEACOQ) dedektörü, her bir fotonun kendisine çarpma zamanını saniyenin 100 trilyonda biri kadar bir sürede, saniyede 1,5 milyar foton hızında izleyebiliyor; bu, bir yangın hortumundan püskürtülen su damlalarını tek tek ölçmeye benziyor. Diğer dedektörler bu hıza ulaşamamıştır.
JPL’de doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın ilk yazarı olan PEACOQ proje ekibinden Ioana Craiciu, “Kuantum bilgisinin uzak mesafelere iletilmesi şimdiye kadar çok sınırlıydı” dedi. “Kuantum bilgisinin daha yüksek hızlarda ve daha uzağa gönderilmesi, PEACOQ gibi tek fotonları milisaniyenin bir kesri hassasiyetle ölçebilen yeni dedektör teknolojileri sayesinde mümkün olmaktadır.”
Geleneksel bilgisayarlar bilgiyi genellikle bit olarak bilinen bir dizi 1 ve 0 olarak kopyalar ve modemler ve iletişim ağları aracılığıyla gönderir. Bitler daha sonra kablolar, optik fiberler ve uzay üzerinden radyo dalgaları veya ışık flaşları kullanılarak aktarılır. Parçalar alındıktan sonra orijinal verileri üretmek için tekrar bir araya getirilir.
Kuantum bilgisayarlar arasındaki iletişim farklıdır. Bilgiyi depolamak için elektronlar ve fotonlar gibi temel parçacıklar olan ve yok edilmeden çoğaltılıp tekrar gönderilemeyen kuantum bitleri ya da kübitler kullanılır. Kuantum bilgi, kodlanmış fotonlar kullanılarak optik fiberler üzerinden sadece birkaç düzine mil aktarıldıktan sonra bozulur, bu da zorluğu artırır ve gelecekteki herhangi bir ağın potansiyel boyutunu büyük ölçüde azaltır.
Özel bir serbest uzay optik kuantum ağı, kuantum bilgisayarların bu kısıtlamaların dışında iletişim kurmasını sağlamak için Dünya’nın yörüngesindeki uydularda uzay “düğümleri” içerebilir. Bu düğümler, dolaşık foton çiftleri üreterek ve bunları yüzlerce veya belki de binlerce kilometre uzaklıkta bulunan iki kuantum bilgisayar terminaline göndererek veri aktarıcıları olarak hareket edecektir.
Aralarında büyük bir mesafe olsa bile, dolaşık foton çiftleri birbirlerine o kadar bağlıdır ki, birinin ölçülmesi diğerinin ölçülmesinin sonuçlarını anında değiştirir. Yine de PEACOQ gibi çok hassas bir dedektörün her bir fotonu aldığı zamanı tam olarak ölçmesi ve bu dolaşık fotonların bir kuantum bilgisayarının terminali tarafından alınabilmesi için içerdiği verileri aktarması gerekmektedir.
Plumage Süper İletkeni
Dedektör küçük bir cihaz. Dedektöre adını veren tüyler gibi yayılan konektörlere sahip ve bir silikon çip üzerinde 32 niyobyum nitrür süper iletken nanotelden oluşuyor. Dedektör sadece 13 mikron genişliğinde. Her bir nanotel insan saçından 10.000 kat daha ince.
JPL’nin Mikro Cihazlar Laboratuvarı tarafından geliştirilen ve NASA’nın Uzay İletişim ve Navigasyon (SCaN) programı tarafından desteklenen PEACOQ dedektörü, mutlak sıfırın (eksi 272 santigrat derece) sadece 458 Fahrenheit altında olan kriyojenik bir sıcaklıkta tutulmalıdır. Bu, nanotellerin süper iletken durumunu korur; bu da emilen fotonları kuantum verilerini ileten elektrik darbelerine dönüştürmeleri için gereklidir.
Dedektör tek fotonları algılayacak kadar hassas olmalı, ancak aynı anda birkaç foton tarafından bombardımana tutulmaya da dayanacak şekilde inşa edilmelidir. Dedektördeki her bir süper iletken nanotel, bir foton tarafından vurulduğunda geçici olarak daha fazla foton tespit etme yeteneğini kaybetse de, bu ölü zaman minimumda tutulur. PEACOQ ayrıca 32 nanotele sahiptir, bu nedenle biri “öldüğünde” diğerleri boşluğu doldurabilir.
Craiciu’ya göre, PEACOQ yakında daha hızlı oranlarda veya daha uzun mesafelerde kuantum iletişimini göstermek için laboratuvar denemelerinde kullanılacak. Uzun vadede, kuantum verilerinin dünya çapında nasıl gönderileceği sorununa bir çözüm sunabilir.
Derin Uzayda Test
PEACOQ, NASA’nın Derin Uzay Optik İletişim (DSOC) teknoloji gösterimi için oluşturulan dedektöre dayanmaktadır ve uzay ile dünya arasında serbest uzay optik iletişimi sağlamaya yönelik daha büyük bir NASA girişiminin bir parçasıdır. DSOC, Dünya ile derin uzay arasında gelecekteki yüksek bant genişlikli optik iletişimin nasıl işleyebileceğini göstermek için ilk kez bu yılın sonlarında NASA’nın Psyche göreviyle birlikte fırlatılacak.
Caltech’in Güney Kaliforniya’daki Palomar Gözlemevi’ndeki DSOC yer terminali, kuantum bilgisi iletmeyecek olsa da, derin uzayda seyahat ederken DSOC alıcı-vericisinden lazerle gelen tek tek fotonları saymak için aynı yüksek hassasiyete ihtiyaç duyuyor.
JPL’nin süper iletken dedektörler üzerindeki çalışmalarından sorumlu olan Matt Shaw, “Bu, farklı bir dedektör kategorisiyle aynı teknoloji sayılır. “İster kuantum bilgisiyle kodlanmış olsun, ister uzaydaki bir lazer kaynağından gelen tek fotonları tespit etmek istiyor olalım, biz hala tek fotonları sayıyoruz” dedi.
Kaynak: jpl.nasa.gov/news
Günceleme: 03/03/2023 18:57