Kuantum İnternet, Verizon'un Ağında Yayına Girdi

    Mühendisler, standart internet protokollerini kullanarak ticari fiber üzerinde çalışan ilk kuantum sinyallerini gösterdiler. Bu atılım, kuantum ağının nasıl pratik, dünyayı değiştiren bir 'kuantum internete' dönüşebileceğini gösteriyor.

    Türünün ilk örneği olan bir deneyde, Pennsylvania Üniversitesi'ndeki mühendisler, günümüzün web'ine güç veren aynı İnternet Protokolünü ( IP ) kullanarak kuantum ağını laboratuvardan ticari fiber optik kablolara taşıdılar. Science'da bildirilen çalışma, kırılgan kuantum sinyallerinin günlük çevrimiçi trafiği taşıyan aynı altyapı üzerinde çalışabileceğini gösteriyor. Ekip, yaklaşımlarını Verizon'un kampüs fiber optik ağında test etti.

    Penn ekibinin küçük "Q-çipi" kuantum ve klasik verileri koordine ediyor ve en önemlisi modern web ile aynı dili konuşuyor. Bu yaklaşım, bilim adamlarının bir gün çevrimiçi çağın şafağı kadar dönüştürücü olabileceğine inandıkları gelecekteki bir "kuantum internetin" yolunu açabilir.

    Kuantum sinyalleri, "dolaşık" parçacık çiftlerine dayanır, o kadar yakından bağlantılıdır ki, birini değiştirmek diğerini anında etkiler. Bu özellikten yararlanmak, kuantum bilgisayarların işlem güçlerini birbirine bağlamasına ve bir araya getirmesine olanak tanıyarak, daha hızlı, enerji açısından daha verimli yapay zeka veya günümüzün süper bilgisayarlarının ulaşamayacağı yeni ilaçlar ve malzemeler tasarlama gibi ilerlemeleri mümkün kılabilir.

    Penn'in çalışması, canlı ticari fiberde ilk kez, bir çipin yalnızca kuantum sinyalleri göndermekle kalmayıp aynı zamanda gürültüyü otomatik olarak düzeltebildiğini, kuantum ve klasik verileri standart internet tarzı paketler halinde paketleyebildiğini ve bunları günlük cihazları çevrimiçi olarak birbirine bağlayan aynı adresleme sistemi ve yönetim araçlarını kullanarak yönlendirebildiğini gösteriyor.

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ( MSE ) ve Elektrik ve Sistem Mühendisliği ( ESE ) Profesörü Liang Feng, "Entegre bir çipin Verizon'unki gibi canlı bir ticari ağdaki kuantum sinyallerini yönetebildiğini ve bunu klasik interneti çalıştıran protokollerin aynısını kullanarak yapabildiğini göstererek, daha büyük ölçekli deneylere ve pratik bir kuantum internete doğru önemli bir adım attık" diyor. ve Science makalesinin kıdemli yazarı.

Kuantum İnterneti Ölçeklendirmenin Zorlukları

    "Kuantum dolanıklığı" terimini icat eden Erwin Schrödinger, bu kavramı bir kutuya gizlenmiş bir kediyle ilişkilendirdi. Kapak kapalıysa ve kutuda radyoaktif madde de varsa, kedi canlı veya ölü olabilir. Durumu yorumlamanın bir yolu, kedinin hem canlı hem de ölü olduğudur. Sadece kutuyu açmak kedinin durumunu doğrular.

    Bu paradoks, kuantum parçacıklarının benzersiz doğasına kabaca benzer. Ölçüldükten sonra olağandışı özelliklerini kaybederler, bu da bir kuantum ağının ölçeklendirilmesini son derece zorlaştırır.

    ESE'de doktora öğrencisi ve makalenin ortak yazarı Robert Broberg, "Normal ağlar, verileri nihai hedefe yönlendirmek için ölçer" diyor. "Tamamen kuantum ağlarıyla bunu yapamazsınız çünkü parçacıkları ölçmek kuantum durumunu yok eder."

Klasik ve Kuantum Sinyallerini Koordine Etme

    Bu engeli aşmak için ekip, düzenli ışık akışlarından ve kuantum parçacıklarından oluşan "klasik" sinyalleri koordine etmek için "Q-Chip"i ( "Photonics'in Kuantum-Klasik Hibrit İnterneti"nin kısaltması ) geliştirdi. MSE'de doktora öğrencisi ve makalenin ilk yazarı olan Yichi Zhang, "Klasik sinyal, kuantum sinyalinin hemen önünde hareket eder" diyor. "Bu, kuantum sinyalini olduğu gibi bırakırken yönlendirme için klasik sinyali ölçmemize olanak tanıyor."

    Özünde, yeni sistem bir demiryolu gibi çalışıyor ve normal hafif lokomotifleri kuantum kargoyla eşleştiriyor. Zhang, "Klasik 'başlık' trenin motoru gibi davranırken, kuantum bilgisi kapalı kaplarda geride kalıyor" diyor. "İçindekileri yok etmeden konteynerleri açamazsınız, ancak motor tüm trenin gitmesi gereken yere ulaşmasını sağlar."

    Klasik başlık ölçülebildiği için, tüm sistem günümüzün internet trafiğini yöneten aynı "IP" veya "İnternet Protokolünü" takip edebilir. Zhang, "Kuantum bilgisini tanıdık IP çerçevesine yerleştirerek, kuantum internetin kelimenin tam anlamıyla klasik internetle aynı dili konuşabildiğini gösterdik" diyor. "Bu uyumluluk, mevcut altyapıyı kullanarak ölçeklendirmenin anahtarıdır."

Kuantum Teknolojisini Gerçek Dünyaya Uyarlamak

    Kuantum parçacıklarının ticari altyapı üzerinde iletilmesindeki en büyük zorluklardan biri, gerçek dünyadaki iletim hatlarının değişkenliğidir. İdeal koşulları koruyabilen laboratuvar ortamlarının aksine, ticari ağlar hava koşulları nedeniyle sıcaklık değişikliklerinin yanı sıra sismik faaliyetlerin yanı sıra inşaat ve ulaşım gibi insan faaliyetlerinden kaynaklanan titreşimlerle de sıklıkla karşılaşır.

    una karşı koymak için araştırmacılar, klasik başlığa müdahalenin kuantum sinyalini benzer şekilde etkileyeceği gerçeğinden yararlanan bir hata düzeltme yöntemi geliştirdiler. Feng, "Klasik sinyali kuantum sinyaline zarar vermeden ölçebildiğimiz için" diyor, "kuantum durumunu koruyarak, kuantum sinyalini hiç ölçmeden hangi düzeltmelerin yapılması gerektiğini çıkarabiliyoruz."

    Testlerde sistem, iletim doğruluğunu % 97'nin üzerinde tuttu ve bu da genellikle laboratuvar dışındaki kuantum sinyallerini yok eden gürültü ve istikrarsızlığın üstesinden gelebileceğini gösterdi. Çip silikondan yapıldığı ve yerleşik teknikler kullanılarak üretildiği için seri üretilebilir ve bu da yeni yaklaşımın ölçeklendirilmesini kolaylaştırır.

    Feng, "Ağımızda iki binayı birbirine bağlayan ve aralarına Verizon tarafından kurulan yaklaşık bir kilometrelik fiber optik kablo bulunan yalnızca bir sunucu ve bir düğüm var" diyor. "Ancak ağı genişletmek için yapmanız gereken tek şey daha fazla çip üretmek ve bunları Philadelphia'nın mevcut fiber optik kablolarına bağlamak."

Kuantum İnternetin Geleceği

    Kuantum ağlarını bir metropol alanının ötesine ölçeklendirmenin önündeki ana engel, kuantum sinyallerinin dolaşıklıklarını yok etmeden henüz güçlendirilememesidir.

    Bazı ekipler, ultra güvenli iletişim için özel kodlar olan "kuantum anahtarlarının" sıradan fiber üzerinden uzun mesafeler kat edebildiğini göstermiş olsa da, bu sistemler, güvenlik uygulamaları için oldukça etkili olan ancak gerçek kuantum işlemcileri bağlamak için yeterli olmayan bir teknik olan kopyalanamayan rastgele sayılar üretmek için zayıf tutarlı ışık kullanır.

    Bu zorluğun üstesinden gelmek için yeni cihazlar gerekecek, ancak Penn çalışması önemli bir erken adım sağlıyor: Bir çipin, günümüz ağlarını yöneten aynı protokollerle çalışan internet tarzı paket yönlendirme, dinamik anahtarlama ve çip üzerinde hata azaltma kullanarak mevcut ticari fiber üzerinden kuantum sinyallerini nasıl çalıştırabileceğini göstermek.

    Broberg, "Bu, üniversitelerin ağlarını ilk kez birbirine bağladığı 1990'larda klasik internetin ilk günlerine benziyor" diyor. "Bu, kimsenin tahmin edemeyeceği dönüşümlerin kapısını açtı. Kuantum internet de aynı potansiyele sahip."