EQUAL projesi, erbiyum elementiyle kuantum ışık kaynaklarını entegre ederek güvenli bir kuantum iletişim altyapısı kurmayı hedefliyor.
Danimarka ve Almanya’dan bilim insanları, geleceğin kuantum internet altyapısında kritik rol oynayabilecek yeni bir projeye imza attı. Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ve Danimarka Teknik Üniversitesinin (DTU) ortaklığında yürütülen EQUAL (Erbium-based silicon quantum light sources) adlı proje, nadir toprak elementi olan erbiyum kullanarak kuantum ışık kaynakları geliştirmeyi ve bu kaynakları kuantum hafızalarla entegre etmeyi hedefliyor.
Kuantum teknolojisi, günümüzün klasik bilgisayarlarından farklı olarak, bilgi işlemede ve iletişimde atomaltı parçacıkların davranışlarını kullanıyor. Bu teknoloji, teorik olarak kırılamaz şifreleme sistemleri ve klasik bilgisayarların çözmekte zorlandığı problemleri çözen kuantum bilgisayarlar sunuyor. Ancak bu sistemlerin birbirine bağlanabilmesi, yani bir “kuantum internet” kurulabilmesi için temel bir bileşene ihtiyaç var: kuantum ışık kaynakları.
Kuantum ışık kaynakları, özellikle tek foton (ışığın en küçük birimi) üretebilen sistemlerdir. Bu fotonlar bilgi taşıyabilir, şifreleme yapılabilir ya da iki kuantum bilgisayarı birbirine bağlayabilir. Ancak şu anda mevcut olan ışık kaynakları, ya kuantum hafızalarla uyumlu değil ya da optik fiberlerle çalışmıyor.
Kuantum iletişimin temel taşı: ışıkla bilgi taşımak
Projenin ana aktörlerinden biri erbiyum elementi. Bu nadir toprak elementi, özellikle 1550 nanometre civarındaki dalga boylarında ışık yayabiliyor; bu da dünya genelinde kullanılan fiber optik ağlarla tamamen uyumlu. Yani erbiyum, kuantum bilgiyi bugünkü internet altyapısında iletmenin kapılarını aralıyor. Ancak erbiyumun temel bir sorunu var. Işıkla etkileşimi oldukça zayıf. Bu da onu tek başına verimsiz bir ışık kaynağı haline getiriyor.
İşte bu noktada Danimarka Teknik Üniversitesinin geliştirdiği yeni nanofotonik teknolojiler devreye giriyor. Nanofotonik, ışığın nano ölçekte kontrol edilmesini sağlayan bir teknoloji alanı. DTU’da geliştirilen bu teknolojiler sayesinde erbiyumun ışıkla etkileşimi büyük oranda artırılabiliyor. Hem ışık kaynaklarını güçlendiriyor hem de kuantum hafızalarla uyumlu hale getiriyor.
Kuantum hafıza nedir?
Kuantum hafızalar, kuantum durumundaki bilgileri belirli bir süre saklayabilen sistemler olarak tanımlanıyor. Tıpkı klasik bilgisayarlardaki RAM ya da sabit diskler gibi, kuantum sistemlerinde de bilgiyi depolamak gerekiyor. Ancak burada saklanan bilgi klasik bit değil, “kubit” oluyor. Kuantum ışık kaynakları bu bilgiyi üretirken, kuantum hafızalar bu bilgiyi belirli sürelerde saklayabilir. İkisini aynı çipte birleştirebilmek, büyük bir engelin aşılması anlamına geliyor.
Projede yer alan bir diğer önemli katkı, HZDR’nin silikon temelli kuantum ışık kaynakları geliştirme çalışmaları. Silikon, bugünkü bilgisayarlarda ve cep telefonlarında da kullanılan standart bir yarı iletken. HZDR, erbiyum atomlarını bu silikon yapılar içine yerleştirmek için iyon ışınları kullanacak. Araştırmacılar atomları yüksek hassasiyetle yerleştirerek ışık yayma yeteneklerini iyileştirmeyi amaçlıyor. Ayrıca ultra saf silikon kullanılarak sinyal-gürültü oranı artırılacak, böylece kuantum bilgisi daha kararlı şekilde taşınabilecek.
HZDR’den Dr. Yonder Berencén, bu araştırmanın temel amacının mevcut fiber optik altyapılarla uyumlu kuantum cihazlar üretmek olduğunu söylüyor: “Bu çalışmalar sayesinde gelecekte güvenli iletişim sağlayan kuantum cihazları, bugünkü teknolojilere entegre edilebilecek.”
EQUAL projesi, sadece bir kuantum ışık kaynağı üretmekle kalmıyor; aynı zamanda kuantum hafıza entegrasyonu, düşük enerji tüketimli fotonik sistemler ve yeni nesil nanoyapı üretim yöntemlerini de içeriyor. Kuantum teknolojisinin önündeki en büyük engellerden biri olan ölçeklenebilirlik sorununa çözüm bulma potansiyeli taşıyan bu proje, yakın gelecekte kuantum ağlarının kurulmasını sağlayabilir. Bu da internetin, iletişimin ve bilgi güvenliğinin doğasını tamamen değiştirebilir.
Kaynak: HZDR
