Kuantum ağları, optik iletişimin son adımını oluşturuyor. Teknoloji endüstriyel kullanıma hazır hale geldiğinde, optik iletişimdeki her bir foton ayrı ayrı kontrol edilebilecek. Mikro sistemler için mikro optik ağlar oluşturulabilecek.
Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü çalışanları, iki atomdan oluşan bir Kuantum optik iletişim ağı kurdular. Atomlar, birbirlerine bütünlüğü korunmuş fotonlar ileterek, kendi aralarında bilgi aktarabiliyorlar. Atomlar iletişim ağının düğüm noktalarını oluşturuyor.
Bütünlük bozulması, sistemin içindeki bilginin çevresel etkenlerle etkileşime girip işlemez hale gelmesi olarak tanımlanıyor. Bütünlüğü korunamamış kuantum sistemlerinde, sistemin durumları arasındaki etkileşim gözlenemiyor. Tanımı gereği, bütünlük bozulması kuantum prensipleri ile çalışan bütün sistemlerin en büyük sorunu. Bütünlük bozulması, sistemleri tamamen kullanılamaz hale getiriyor. Sistemdeki bütünlüğünün korunması, kuantum bilgisayarların kullanılır hale gelmesi için şart.
Amerika Birleşik Devletleri DARPA kurumunun, 2003den beri çalıştırdığı bir prototip kuantum ağı, mevcut. Ama Max Planck Enstitüsündeki modelin, Amerikadaki prototipe göre somut gelişme gösterdiği idda ediliyor. Yeni model, veri yoğunluğu, ölçeklenebilirlik ve güvenlik gibi gerçek ağlarda bulunması beklenen özelliklere de değiniyor. Kuantum tabanlı iletişim sistemlerinin, kuantum prensiplerinden kaynaklanan belli başlı özellikleri kullanarak bu alanlarda gelişmeler sağlayacağı uzun zamandır öngörülüyordu.
Deney
Prototip kuantum ağı, yüksek derecede yansıtıcı iki aynanın optik boşluklarına yerleştirilmiş atomların birbirine foton göndermesiyle gerçekleştiriliyor.
Boşluğa giren fotonlar, aynaların arasında binlerce kez yansıtılıyor. Binlerce kez etkileşime zorlanan foton ve atomun arasındaki iletişim güçlendiriliyor. Aynı zamanda sistemin bütünlüğünün bozulması engelleniyor.
Deneylerde kullanılan tek atom ve ayna yüzeyinden oluşan sistemin, bir fotonun taşıdığı bilginin bir atoma depolanması için en verimli sistem olduğu kanıtlanmış durumda. Aynı şekilde atomda depolanan bilgi, daha sonra ikinci bir foton haline getirilip geri gönderilebiliyor.
İkinci aşamada, iki adet aynalı atom sistemi karşı karşıya konarak, aralarında yüksek verimli ve güvenli iletişim sağlandı. Sistemler 21 metre aralıkla yerleştirilip, fiberoptik kablo ile bağlandı. Bu seviyede ki kuantum iletişimi, ilk defa bu kadar kaliteli bir veri alışverişi ile gerçekleştirildi.
Kuantum seviyesindeki veriler, okunduğu sırada değişir. Bu sebeple kuantum veri depolaması ve iletişimi çok zordur. Ama mikro mühendislerin hayalinde, kuantum seviyesindeki bilgiyi, bozmadan bir noktadan diğerine aktarıp depolayabilmek var.
Teori
Deneyde, foton salınımı ile salınımı yapan atomun kuantum durumu ile ilgili bilgi taşıyan bir foton üretildi. Üretilen foton fiberoptik kablodan geçerek 21 metre uzaklıktaki ikinci atoma ulaştırıldı. Foton alıcı atom tarafından tamamen emildiği anda, verici atomun kuantum durumu aıcı atoma aktarılmış oldu.
Verici atom, foton salınımını gerçekleştirdikten sonra, veri yazıcı sistemden yeni bir foton alıp, yeni edindiği kuantum durumunu aynı kablodan herhangi bir alıcı atoma aktarabilir.
Deneyin amacı sistemi küçültmek değil, çünkü sistemin küçültülebileceği zaten biliniyor. Araştırmacıların bu deneydeki gerçek amacı, bütün işlemler ve işlevler için sadece kuantum etkileşimlerini kullanarak önceden belirenmiş bir veri kümesini uzak mesafeye aktarabileceklerini kanıtlamak.
Kuantum bilgisayarlar üzerine pek çok alanda çalışma gerçekleştiriliyor, kuantum ağlar bu alanlardan sadece biri.
Alıcı, verici ve geçici depolama birimlerinin tek atomdan oluştuğu sistemlerin geliştirilmesi hayati öenm taşıyor. Şu an mikro sistemler alanındaki en büyük sorunlardan biri sistemler arası iletişim sorunu. Aynı zamanda daha önceki sistemlere göre daha yüksek verim ve güvenlik sunduğu için bütün iletişim ağlarına zaman içinde entegre edilmesi bekleniyor. Kuantum kriptografi, şu an bildiğimiz veri güvenlik metodlarının en güçlüsü.
