İleri fotonik nanoyapılar, ışığa dayalı kuantum ağları için kuantum teknolojisine devrim yapmaya devam ediyor. Niels Bohr Enstitüsü'nden araştırmacılar kuantum ağları için kompleks kuantum fotonik devreleri oluşturmak için gereken ilk yapı taşlarını geliştirdiler. Kuantum ağlarındaki bu hızlı gelişme, Nature dergisindeki bir makalede anlatıldı.

     foton temelli kuantum teknolojisi (fotonlar) kuantum fotonik olarak adlandırılırken, elektron temelli kuantum teorisine de elektronik olarak adlandırılır. Fotonlar (ışık parçacıkları) ve elektronlar kuantum seviyesinde farklı davrandıkları biliniyor. Kuantum varlığı, mikroskobik dünyadaki en küçük birimdir. Örneğin, fotonlar ışığın temel unsurudur ve elektrik akımının temel unsuru da elektronlarıdır. Elektronlar fermiyonlar olarak adlandırılır ve bir anda bir elektron geçerli olacak şekilde kolayca izole edilebilir. Buna karşılık fotonlar, birlikte guruplanmayı tercih eden bosonlardır. Ancak, fotonik temelli kuantum iletişimi için bilgi tek bir fotonda kodlandığından, bunları birer birer yaymak ve göndermek gerekir.

Artan bilgi kapasitesi

     Fotonlara dayalı bilgi büyük avantajlara sahiptir; Fotonlar elektronlardan farklı olarak yalnızca çevre ile çok zayıf etkileşime girer, bu nedenle fotonlar yol boyunca fazla enerji kaybetmezler ve uzun mesafelere gönderilebilirler. Fotonlar bu nedenle bilgi taşımak ve dağıtmak için çok uygundur ve fotonlara dayanan bir kuantum ağı, mevcut bilgisayar teknolojisi ile mümkün olandan çok daha fazla bilgi şifrelemekte ve bu bilgiler yol boyunca engellenememektedir.

     Dünyada birçok araştırma grubu hızla gelişmekte olan bu araştırma alanında yoğun bir şekilde çalışmaktadır ve aslında ilk ticari kuantum fotonik ürünleri üretilmeye başlanmaktadır.

     

Fotonların kontrolü

Kuantum ağlarının ön koşulu, isteğe bağlı olarak tek bir foton akışı yaratma yeteneğidir ve Niels Bohr Enstitüsü'ndeki araştırmacılar bunu tam olarak yapmayı başarmıştır.

     Kopenhag Üniversitesi Niels Bohr Enstitüsünde Kuantum Fotonik araştırma grubunun başkanı Profesör Peter Lodahl; “Foton silahı gibi davranan bir fotonik çip geliştirdik. Fotonik çip, 10 mikron genişliğinde ve 160 nanometre kalınlığa sahip olan son derece küçük bir kristalden oluşuyor. Çipin ortasında gömülü olan, kuantum nokta denilen bir ışık kaynağı bulunur. Kuantum noktasını lazer ışığı ile aydınlatmak, bir yörüngeden diğerine atlayabilen bir elektronu uyarıp aynı anda tek bir foton yayar. Fotonlar genelde her yönden yayılır, ancak fotonik çip tüm fotonların bir fotonik dalga kılavuzu vasıtasıyla gönderileceği şekilde tasarlanmıştır” diye açıklıyor.

     Uzun süren, zahmetli bir süreçte araştırma grubu, fotonik çipi aşırı verim elde edilinceye kadar geliştirip test etti ve Peter Lodahl, daha önce hiç düşünülmeyen bir şekilde foton emisyonunun oluşmasını şaşırtıcı bulduklarını açıkladı. Normalde, fotonlar fotonik dalga kılavuzunda iki yönde de iletilirler, ancak ısmarlama fotonik çipte bu simetriyi kırabilir ve yönlü fotonlar yaymak anlamına gelen bir fotonu sağa veya sola yaymak arasında ayrım yapmak için kuantum noktasını elde edebilirler. Bu, fotonlar üzerinde tam kontrol anlamına gelir ve araştırmacılar, yeni keşfe dayalı olarak eksiksiz kuantum ağ sistemlerinin nasıl inşa edileceğini üzerine çalışmaya başlıyorlar.

     “Fotonlar uzun mesafelerde fiber optikler vasıtasıyla gönderilebilir, burada veriler çok az kayıpla iletilirler. Potansiyel olarak, fotonların küçük kuantum sistemlerini bağladıkları ve ardından kuantum ağı haline getiren bir kuantum ağı kurabilirsiniz” diye açıkladı peter Lodahl.

     İlk temel işlevleri zaten gerçekleştirilmişken, asıl zor olan bunlardan kompleks kuantum ağları kurmaktır.

Çeviri: Nezir DEMİRTAŞ

Kaynak:https://phys.org/news/2017-01-photonic-quantum-network.html

Daha fazla bilgi: Chiral quantum optics, Nature, nature.com/articles/doi:10.1038/nature21037

Provided by: Niels Bohr Institute

Yayınlama tarihi: 26.01.2017