Avrupalı bilim insanları, kuantum internetin temel yapı taşı olacak bir ağ cihazı yaratma çabalarında önemli ilerleme kaydedildiğini iddia etti.
Gelişmekte olan kuantum bilişim endüstrisi, bu tür ağları, işlemleri tekil olarak çok zayıf oldukları birden fazla bilgisayara dağıtmak için kullanmayı ve böylece tıp gibi alanlardaki karmaşık sorunları çözme vaadini yerine getirmeyi bekliyor.
Ancak kısa kuantum ağlarının inşası bile bilim adamlarına o kadar büyük mühendislik zorlukları sundu ki, çeyrek yüzyıl önce kuantum internetin mimari ilkelerinin teorik olarak oluşturulmasından bu yana kaydettikleri ilerleme zorlu ve kademeli oldu.
Bu arada en son mühendislik ilerlemeleri, gerçek dünya iletişimi için yeterince güvenilir ve yeterince büyük bir verimle bilgiyi taşıyabilen ticari olarak kuantum ağ cihazları üretmenin daha uzun yıllar sürebileceğini söyleyen araştırma fizikçileri tarafından tasarlanan mütevazı ve son derece sınırlı laboratuvar deneyleriydi.
Yine de İspanya merkezli bir bilim insanı ekibi, bilim olgunlaştığında kuantum tekrarlayıcının bir bileşeninin oluşturulmasına yardımcı olacak iki mekanizmanın birlikte çalıştığını ilk kez gösterdiklerini iddia etti. Bu, kuantum ağ hatları için bir genişletici olarak işlev görmesi ve onları gerçek dünyadaki ağ iletişimi için gereken daha uzun bağlantılara bağlaması beklenen bir cihazdır.
Gösterdikleri bileşen, örneğin atom altı parçacıklarda kodlanmış mantıksal bir durum olan kübitleri depolayabilen bir hafıza cihazıydı. Bunu, gerçek dünyada yüksek verim sağlayabilen bir tekrarlayıcı için “bir numaralı aday” olarak sundular.
Barselona’daki Fotonik Bilimler Enstitüsü’nde (ICFO) deneyi yönetmeye yardımcı olan doktora sonrası araştırmacı Félicien Appas, bunu bir anı için hayati öneme sahip üç operasyonu birleştirerek yaptıklarını ve ilk kez birlikte çalıştıklarını gösterdiklerini söyledi.
Deneyleri, iki kuantum hafızası arasında dolaşıklık olarak bilinen durumu ortaya çıkardı; bu durumu depoladı, ardından talep üzerine geri aldı; bunun hızlı bir şekilde yapılmasına olanak tanıyan bir çoğullama işlemiyle ağ bağlantısının verimini etkili bir şekilde artırdı.
Son olarak, alınan verileri ayrı bir fiber optik hattan müjdeledi. Bir kuantum ağının altyapı katmanının temelini etkili bir şekilde gösterdi.
Teori nedir?
Atomik hafızalar kuantum ağ mimarisinin önemli bir parçasıdır çünkü kuantum bilgisinin kırılgan ve geçici doğası, mantıksal kubitlerin uzun mesafelere gönderilmesini son derece zorlaştırır. Fiziksel kübitler hiçbir şekilde etkili bir şekilde gönderilememektedir.
Ancak yapışık bir dizi kısa ağ bağlantısına yayılan bir foton zinciri (hafif parçacıklar), tek bir kübitte kodlanmış mantıksal durumu aktarabilir. En azından, zincir boyunca her foton çifti birbirine karışırsa ve iletimi etkileyecek kadar uzun süre hafızada saklanırsa bu mümkün olabilir.
Ancak dolaşıklık çevresel gürültüye karşı son derece hassastır, bu nedenle fotonlar yalnızca geçici olarak eşleştirilmiş olarak kalır ve yalnızca kısa mesafelere dağıtılabilir. Bu aynı zamanda kuantum ağının fotonları kübitleri dolaşma durumuna sokarak aktarmaya hazırlaması açısından da hayati önem taşıyor. Bu, temel mimariyi oluşturur; dolaşmış foton çiftleri, bir bağlantının uç noktaları arasında dağıtılır ve böylece bunlar arasında bir kübit aktarılabilir.
Kuantum ağı araştırmacıları, daha kısa atlama noktalarını birleştirerek daha uzun bağlantılar oluşturmaya çalışıyor. Bitişik bağlantı noktalarındaki kuantum tekrarlayıcılar, foton çiftlerini aralarında dağıtır, böylece her bir çift bir sıçramayı kapsar. Tekrarlayıcılar daha sonra zinciri kaynaştırmak için birlikte hareket ederek bağlantının uç noktaları arasında tek bir çift dolaşmış foton oluşturur ve bu sayede bir kübiti aktarmaya hazır olur.
Dolaşmış çiftlerin bağlantının her adımı boyunca yayılması süreci zordur. Her bir eşleşme, sayısız yeniden denemeden sonra oluşan ve çok sayıda prosedür ve bileşenden kaynaklanan kayıplarla birlikte istikrarsız bir yapıya sahiptir; dolayısıyla kuantum tekrarlayıcılar bir atlama boyunca dolaşmış bir çift oluşturduğunda, tüm zincir inşa edilene kadar bunu hafızada tutmak zorundadır.
Zincir daha sonra bir kübiti iletmek için kullanıldığında yok edilir. Ağ, sürekli foton akışlarıyla oluşturulan birden fazla zincirden oluşur, böylece ihtiyaç duyulduğunda kübiti aktarmaya hazır bir tane bulunur.
Gerçek nedir?
ICFO ekibinin yaptığı çalışmanın arkasındaki teori şu: iki anıyı dolaştırdılar ve durumu 24 mikrosaniye, yani saniyenin 24 milyonda biri kadar tuttular.
Appas, “Depolama süresi şu anda üzerinde çalıştığımız sınırlamalardan biri” dedi. “Bu, gerçek dünyadaki bir uygulama için yeterli değil. Gelecekte, çok düğümlü bir ağdaki bağlantıları senkronize edebilmek için milisaniyelere, hatta onlarca milisaniyeye ihtiyacımız olacak.”
Kuantum tekrarlayıcının başka bir bileşeni de başka sorunlar doğuruyor: Dolanık bağlantılar oluşturmak için gereken fotonları dışarı pompalayan kaynak. ICFO, hafızasını yalnızca çok dar ve hassas bant genişliğine sahip fotonları depolayabilen nadir toprak kristalinden yaptı. Masanın üzerinde durması gereken kadar büyük optik bileşenlerden oluşan bir kaynak kullanıldı.
Diğer Avrupalı araştırmacılar ise çiplere entegre edilebilecek kuantum noktaları adı verilen kaynaklar geliştirmeye çalışıyor. Ancak Appas, fotonlarının ICFO hafızasında depolanamayacak kadar geniş olduğunu söyledi. Bellek kristalinin diğer biçimlerinin “süper umut verici” olduğunu ancak her birinin dezavantajları olduğunu ve bunları daha pratik kuantum noktalarıyla entegre etme olasılığının belirsiz olduğunu söyledi.
Dünya ilkleri
Diğer iki Avrupa üniversitesi kuantum noktalarıyla “dünyada ilkleri” gerçekleştirerek uygulanabilir bir kuantum tekrarlayıcıya doğru ilerlemeyi daha da ileriye taşıdı. Stuttgart Üniversitesi ve Roma Sapienza Üniversitesi eş zamanlı olarak iki farklı kuantum noktası tarafından yayılan dolaşmış fotonları kullanarak kübitleri ilettiklerini açıkladılar. Karşılaştıkları zorluk, kuantum ağ oluşturma süreçlerinin eşleştirilmiş fotonların ayırt edilemez olmasını gerektirmesiydi; mühendisler ise bu tür iki kaynağın eşleşebilmesi için onları yeterince güvenilir bir şekilde yayan noktalar üretmeyi henüz başaramadılar.
Stuttgart, fotonlarını 1 m’lik bir alana yerleştirilmiş son teknoloji ürünü bir frekans dönüştürücüye tabi tutarak daha benzer olmaya zorladı.2 raf. Böylece, dolanık çiftler oluşturmak için bile gerekli olan bir foton akışı oluşturduktan sonra, ayırt edilemez olduğu düşünülenleri atmak için “son-seçim”i kullandı.
Depolama süresi şu anda üzerinde çalıştığımız sınırlamalardan biridir. Gerçek dünyadaki bir uygulama için yeterli değil
Félicien Appas, Fotonik Bilimler Enstitüsü
Ancak Stuttgart Yarı İletken Optik Enstitüsü’nde araştırma fizikçisi olan Tim Strobel, frekans dönüştürücülerin geçici bir çözüm olduğunu, ancak seçim sonrası işlemin kaba olduğunu ve değerli, faydalı fotonları attığını söyledi.
Strobel, “Bu yalnızca sinyalin gürültüye oranıdır. Gürültüyü azaltmak veya sinyali artırmak mühendislik araştırmalarının en ileri noktalarını oluşturur” dedi. “Dönüştürücülerin ne kadar ölçeklenebilir olduğundan emin değilim. Artık onlara ihtiyacımız olmasa iyi olurdu. Son seçim şu anda gerekli bir araç ancak gelecekte bundan kaçınmak isteriz.”
Strobel, gerçek dünyadaki bir kuantum tekrarlayıcının zaten ayırt edilemeyen fotonlar üretebilmesi gerektiğini, dolayısıyla sonradan tedaviye ihtiyaç duymadıklarını söyledi. Kuantum noktalarının bunu yapabilmesi için henüz çok fazla mühendislik yapılması gerekiyor. Stuttgart’ın kurulumu, tedavi sonrası %30 ve tedavi sonrası %75 oranında ayırt edilemeyen fotonlar yaydı.
Araştırmacılar %100 için çabalıyor çünkü arızalar kuantum iletişimini ciddi şekilde bozuyor. Strobel, çözümün bir kısmının Roma ekibinin deneyinde kullandığı bir tekniği içerdiğini söyledi.
Gerilme mühendisliği
Sapienza deneyini, daha güvenilir biçimde belirsiz fotonlar yayana kadar fiziksel olarak bükülmek üzere inşa edilmiş son teknoloji ürünü bir kuantum noktasıyla gerçekleştirdi. Sapienza Üniversitesi’nden araştırma görevlisi Alessandro Laneve, bu tür cihazların nadir olduğunu ve bunlardan yalnızca bir tanesinin bulunduğunu söyledi.
Sapienza’nın deneyindeki diğer kuantum noktası ise daha eski ve kalitesiz bir cihazdı. Sapienza, Laneve’nin gerçek dünyadaki bir tekrarlayıcının parçası olamayacağını söylediği ekipmanı kullanarak onu manyetik bir alana tabi tutarak onu ilkinden ayırt edilemeyen fotonlar yaymaya zorladı. Daha sonra her iki cihazdan elde edilen fotonları kullanarak bir kübit ilettiler. Alınan sinyalin gönderilen sinyale ne kadar doğru olduğuna dair bir ölçüme atıfta bulunarak, sonucun %82’lik “oldukça iyi” bir doğruluk olduğunu söyledi.
Laneve, “Bu, gerçek kuantum ağ oluşturma uygulamaları için yeterli değil. Kuantum bilgisayarları arasında arayüz oluşturmak veya kuantum bilgisini güvenilir bir şekilde dağıtmak için sayıları iyileştirmeliyiz. %99,999’u istiyoruz. Ancak bu ilk girişim ve şimdiden bu kadar iyi” dedi.
Işınlanmayı gerçekleştirmek başlı başına bir başarıydı. Bir sonraki zorluk, dolanık foton zincirinin uç noktaları kapsayan bir tane oluşturmak için kaynaştırıldığı dolaşma değiştirme işleminin çok daha zor olan işlemini yapmaktı. Bunun için, Voralberb ve Almanya’nın Würzburg kentindeki araştırmacılarla işbirliği içinde diğerlerini yapan Avusturya’nın Linz kentindeki Johannes Kepler Üniversitesi’nden üçüncü nesil bir cihazın teslim edilmesi bekleniyordu.
Johannes Kepler Üniversitesi Ocak 2026’da, milyonlarca nokta üretme tutkusunun, bunların güvenilir bir şekilde yayılmasını sağlamanın zorluğu nedeniyle nasıl azaldığını yazdı.
Laneve şunları söyledi: “Bu çok zorlu bir mücadele. Ancak onlar bu konuda giderek daha iyi hale geliyorlar ve aldığımız kaynakların kalitesi de katlanarak daha iyi. Hâlâ pek çok zor teknik sorun var, ancak bazılarını prensipte nasıl çözeceğimizi zaten biliyoruz. Yaklaşıyoruz.”
Zarfı itmek
Sapienza makul sonuçlara ışınlanma işlemini kablosuz bağlantı üzerinden yaparak ulaştı. Fiber optik üzerinden göndermeye uygun daha zorlu bir telekomünikasyon dalga boyunda fotonlar üretmek için kuantum noktaları elde etmek, Stuttgart’ın çözmeye çalıştığı zorluk ve frekans dönüşümündeki geçici boşluğun ikinci nedeni.
Stuttgart ve Sapienza yine de bu deneylerle sınırları zorlamıştı. Innsbruck Üniversitesi Deneysel Fizik Enstitüsü’nde profesör olan ve kuantum tekrarlayıcılar inşa eden Tracy Northup, “Fakat her şeyi bir buluş olarak konuşurken dikkatli olmalısınız” dedi.
“İlerleme yolunda ilerleme var. Dünya çapında birbirlerinin çalışmalarını geliştiren birçok grup var. Her hafta heyecan verici sonuçların ortaya çıktığını görüyorsunuz. Tekrarlayıcıların nasıl inşa edileceğine dair farklı öneriler var. Bunları nasıl inşa edeceğimizi bize anlatan güzel teori makalelerimiz var, ancak deneysel olarak bunlar çok zorlayıcı.
“Topluluk olarak, bu uzun vadeli yararlı kuantum ağı hedefine ulaşmak için en iyi yolun ne olacağını bilmiyoruz. Bu nedenle, oraya ulaşmanın farklı yollarını araştırıyoruz” dedi.
Innsbruck Üniversitesi, son derece ayırt edilemez fotonlar üretebilen ve iki yıl önce 50 km’lik bir bağlantı üzerinde dolaşıklık değişimi yapmak için kullandığı, ancak kendi sınırlamaları olan tuzaklanmış iyonları (bazı kuantum bilgisayarlarda kullanılan değiştirilmiş atomlar) kullanıyor.
Northup, üniversitenin, hafızaları tuzaklanmış iyonları kullanan ICFO ile çalıştığını ve birkaç yıl içinde İspanyol çoğullama teknolojisini bünyesine dahil edebilmeyi umduğunu söyledi. Ancak, verimliliğin araştırmacılar için hâlâ büyük bir zorluk olduğunu da sözlerine ekledi.