Kuantum iletişimi teknolojileri her geçen gün daha fazla gelişiyor ve veri güvenliğinde yeni bir çağ başlatıyor. Ancak bu hızlı gelişim süreci, mevcut şifreleme sistemlerini büyük bir siber risk altına sokuyor. Araştırmacılar, bu tehdide karşı kuantum iletişimi yöntemlerini en güvenli çözüm olarak sunuyor. Çünkü bu teknoloji, güvenliği matematiksel zorluklar yerine doğrudan fizik yasalarına dayandırıyor. Yine de bu sistemleri laboratuvar dışına taşımak için güvenilir cihazlar gerekiyor. Özellikle ışığın taşıdığı hassas kuantum hallerini çözecek kompakt donanımlar bu noktada büyük önem taşıyor.
Padova Üniversitesi, Milano Politeknik ve CNR Fotonik Enstitüsü ekipleri, bu hedefi borosilikat cam kullanarak başardı. Advanced Photonics dergisinde yayımlanan bu yeni çalışma, camın içine lazerle çizdikleri yüksek performanslı bir alıcıyı tanıtıyor. Üstelik bu yaklaşım; düşük optik kayıp, yüksek kararlılık ve mevcut fiber altyapıyla tam uyum sağlıyor. Böylece bilim insanları, kuantum iletişimi ağlarını sahaya indirme yolunda dev bir adım atıyor.
Kuantum İletişimi İçin Neden Silikon Değil de Cam?
Bugüne kadar uzmanlar çoğu entegre alıcıyı silikon platformlar üzerine inşa ediyordu. Silikon endüstride yaygın olsa da kuantum iletişimi sistemlerinde bazı kısıtlamalar yaratıyor. Örneğin silikonun yüksek optik kaybı ve polarizasyon hassasiyeti performansı ciddi şekilde düşürüyor. Bu sebeple araştırmacılar, bu engelleri aşmak için camın avantajlarına odaklanıyor.
Cam, doğası gereği polarizasyona karşı duyarsız bir yapı sergiliyor. Aynı zamanda bu malzeme, üç boyutlu dalga kılavuzlarını düşük kayıpla barındırıyor. Araştırmacılar, femtosaniye lazer mikroişleme tekniğiyle ışık kanallarını doğrudan camın içine çiziyor. Sonuç olarak, karmaşık fabrikasyon süreçlerine gerek duymadan kompakt fotonik devreler üretiyorlar.
Lazerle Çizilen Kuantum İletişimi Alıcısının Teknik Yapısı
Ekip, borosilikat camın derinliklerine tam ayarlanabilir bir heterodin alıcı yerleştirdi. Bu alıcı, kuantum anahtar dağıtımı (QKD) ve rastgele sayı üretimi (QRNG) için temel bir bileşen görevi görüyor. Çipin içindeki mimari şu detaylı parçaları içeriyor:
- Sabit ve Ayarlanabilir Işın Bölücüler: Işığı hassas bir şekilde yönlendiriyor.
- Termo-Optik Faz Kaydırıcılar: Elektriksel kontrolle hassas faz ayarı sağlıyor.
- Üç Boyutlu (3D) Dalga Kılavuzu Geçişleri: Sinyalleri karmaşık bir ağda birbirine karıştırmadan taşıyor.
- Polarizasyondan Bağımsız Yönlü Bağlaştırıcılar: Işığın kutuplanma durumundan etkilenmeden veri aktarıyor.
Bu gelişmiş bileşenler sayesinde sistem, kuantum sinyali ile referans ışınını kontrollü bir şekilde birleştiriyor. Dolayısıyla cihaz, iki eşlenik kuadratürü aynı anda ölçebiliyor. Ayrıca bu cam tabanlı donanım, şu etkileyici performans verilerini sunuyor:
- Ultra Düşük Ekleme Kaybı (≈1 dB): Sinyal gücünü maksimum düzeyde koruyor.
- 73 dB Üzerinde CMRR Oranı: Klasik gürültüleri olağanüstü bir başarıyla bastırıyor.
- 8 Saatlik Kesintisiz Kararlılık: Uzun operasyonlarda yüksek sinyal-gürültü oranı sağlıyor.
Tek Çipte İki Dev Kuantum İletişimi Görevi: Rekor Hızlar
Çipin düşük kayıplı yapısı, birden fazla görevi aynı anda destekliyor. Araştırmacılar, donanımı değiştirmeden iki ana uygulamayı başarıyla test etti. İlk olarak ekip, “kaynak cihazdan bağımsız” bir kuantum rastgele sayı üreteci (QRNG) hayata geçirdi. Bu sistem, gelen ışık güvenilir olmasa bile güvenliği elden bırakmıyor. Üstelik saniyede 42.7 Gbit gibi rekor bir hızla rastgele bit üreterek bu alanda yeni bir standart belirliyor.
UBuna ek olarak ekip, aynı cihazı CV-QKD (Kuantum Anahtar Dağıtımı) protokolü için kullandı. 9.3 kilometrelik simüle edilmiş bir fiber hat üzerinde yapılan testlerde saniyede 3.2 Mbit gizli anahtar hızına ulaştılar. Bu sonuçlar, cam tabanlı platformların silikonun kısıtlamalarını nasıl geride bıraktığını açıkça gösteriyor.
Gerçek Dünyaya Hazır Bir Platform
Bu çalışma, performans verilerinin ötesinde camın fiziksel avantajlarını da öne çıkarıyor. Camın kimyasal olarak inert yapısı, onu dış dünyadaki sıcaklık ve basınç değişimlerine karşı dirençli kılıyor. Ayrıca camdaki dalga kılavuzları, standart telekom fiberlerine neredeyse kusursuz bir uyum sağlıyor. Camın sunduğu 3D tasarım özgürlüğü ise ışık saçılması olmadan karmaşık rotalamalar yapmaya imkan tanıyor.
Nihayetinde bu inovasyon, laboratuvar prototipleri ile kurulabilir kuantum iletişimi ağları arasındaki boşluğu kapatıyor. Lazerle yazım tekniği, hızlı prototipleme ve maliyet avantajıyla seri üretimi kolaylaştırıyor. Bu özellikler, gelecekteki saha sistemleri ve hatta uzay tabanlı görevler için uzun vadeli dayanıklılık vaat ediyor. Bilim dünyası, bu şeffaf ve dayanıklı devreler sayesinde gerçek dünya ağ altyapısına bir adım daha yaklaşıyor.
Haberi Derleyen: Dilara SİPAHİ
KAYNAKÇA:
phys.org/news/2026-02-laserwritten-glass-chip-quantum-communication.html
