Kuantum bilgisini çeşitli kuantum teknolojileri arasında “çevirme” yeteneği, kuantum ağı, iletişim ve bilgi işlem için önemli sonuçlara sahiptir. Çalışma Nature dergisinde yayımlandı. Kuantum verisini kuantum bilgisayar formatından kuantum iletişim için gerekli formata dönüştürmek için yeni bir yöntemi temsil ediyor.
Kuantum bilgi sistemleri ışık parçacıkları olan fotonlara ihtiyaç duyar, ancak farklı teknolojiler bunları farklı frekanslarda kullanır. Örneğin süper iletken kübitler, en popüler kuantum hesaplama tekniklerinden bazılarının temelini oluşturuyor ve Google ve IBM gibi teknoloji devleri tarafından kuantum bilgisini mikrodalgada hareket eden fotonlarda depolamak için kullanılıyor.
Ancak mikrodalga fotonlar kuantum bilgisayarları birbirine bağlamak ya da bir kuantum ağı kurmak için kullanılamaz çünkü yolculuk boyunca kuantum bilgilerini koruyamazlar.
Chicago Üniversitesi James Franck Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı ve makalenin başyazarı olan Aishwarya Kumar’a göre cep telefonları, Wi-Fi, GPS ve benzeri cihazların hepsi ışığın mikrodalga frekanslarını kullanıyor. Ancak kuantum iletişimi için gereken kuantum bilgisi tek bir fotonda yer aldığından bunu yapamazsınız. Ayrıca, bu bilgi mikrodalga frekanslarında termal gürültü tarafından maskelenecektir.
Cevap, kuantum bilgisini arka plan gürültüsüne karşı çok daha dayanıklı olan daha yüksek frekanslı bir foton olan optik fotona kaydırmaktır. Ancak bilgi bir fotondan diğerine doğrudan aktarılamaz; bunun yerine ara madde gereklidir. Bu amaçla bazı deneyler katı hal elektroniği yaratırken Kumar’ın deneyi daha temel bir şeye odaklanıyor: atomlar.
Atomik elektronların yalnızca sınırlı bir enerji aralığına veya enerji seviyelerine sahip olmasına izin verilir. Enerjisi alt ve üst seviye arasındaki farka mükemmel şekilde uyan bir foton, daha düşük bir enerji seviyesinde bulunan bir elektronu daha yüksek bir seviyeye uyarabilir.
Benzer bir şekilde, bir elektron daha düşük bir enerji seviyesine geçmeye zorlandığında, atom seviyeler arasındaki farka eşit enerjiye sahip bir foton salar.
Kumar’ın buluşunun kullandığı rubidyum atomlarının seviyelerindeki iki boşluk, bir optik foton ve bir mikrodalga fotonunun enerjilerine tam olarak uyan boşluklardır. Yöntem, atomun kuantum bilgisine sahip bir mikrodalga fotonunu emmesini ve ardından atomun elektron enerjisini yukarı ve aşağı değiştirmek için lazerler kullanarak kuantum bilgisine sahip bir optik foton üretmesini sağlar. “Transdüksiyon” kuantum bilgisinin çeşitli durumlar arasındaki bu dönüşümünü ifade eder.
Atom manipülasyonundaki önemli gelişmeler, bilim insanlarının atomları bu amaçla etkin bir şekilde kullanmalarına olanak sağlamıştır. Kumar, son 20-30 yıl içinde “bir topluluk olarak atomlar hakkında esasen her şeyi kontrol etmemizi sağlayan olağanüstü bir teknoloji geliştirdik” dedi. Bu nedenle deney iyi planlanmış ve verimli olmuştur.
Kumar, bir fotonun süper iletken, yansıtıcı bir odacıkta hapsedildiği kavite kuantum elektrodinamiği alanındaki ilerlemenin başarılarının ikinci anahtarı olduğunu iddia ediyor. Süper iletken boşluk, fotonu kapalı bir ortamda sıçramaya zorlayarak foton ile içine yerleştirilen her şey arasındaki etkileşimi artırıyor.
Odaları çok kapalı görünmüyor; aslında daha çok bir İsviçre peyniri bloğunu andırıyor. Ancak delik gibi görünen şeyler aslında çok özel bir geometride kesişen tünellerdir, böylece fotonlar veya atomlar bir kesişme noktasında hapsedilebilir. Bu akıllıca tasarım aynı zamanda araştırmacıların atomları ve fotonları enjekte edebilmeleri için odaya erişebilmelerini sağlıyor.
Teknoloji çift yönlüdür ve kuantum bilgisini mikrodalga fotonlardan optik fotonlara taşıyabildiği gibi tam tersini de yapabilir. Bu nedenle bir kuantum internetinin önemli bir bileşeni olabilir ve iki süper iletken kübit kuantum bilgisayarı arasındaki uzun mesafeli bir bağlantının her iki tarafında yer alabilir.
Ancak Kumar bu teknolojinin kuantum ağından çok daha fazla kullanım alanına sahip olabileceğine inanıyor. Birincil becerisi, çok çeşitli kuantum teknolojilerinde çok önemli ancak zorlu bir işlem olan fotonları ve atomları sıkıca dolaştırma kapasitesidir.
“Bizi gerçekten heyecanlandıran” şeylerden biri de bu platformun son derece etkili dolaşıklık üretme kapasitesidir. “Dolaşıklık; hesaplama, simülasyonlar, metroloji ve atomik saatler de dahil olmak üzere ilgilendiğimiz neredeyse tüm kuantum uygulamalarının merkezinde yer alıyor. Başka neler başarabileceğimizi görmek için sabırsızlanıyorum.
Kaynak: phys.org/news
