Çin'den kuantum ağları için 100 kanallı foton dedektörü

Çin Bilimler Akademisi bünyesindeki Şanghay Mikrosistem ve Bilgi Teknolojileri Enstitüsü (SIMIT) araştırmacıları, geniş bantlı kuantum bilgi ağlarının omurgasını oluşturacak 100 kanallı bir tek foton dedektörü (SPD) geliştirdi. Kuantum hesaplama ve algılama teknolojilerinin mevcut fiber optik altyapılar üzerinden ölçeklenebilmesini hedefleyen çalışma kapsamında inşa edilen prototip ağ, testlerde yüzde 90'ın üzerinde bir kuantum iletişim sadakati (bilgi korunma düzeyi) sergiledi. 

Foton adı verilen tekil ışık parçacıklarını ölçümleyerek dolanıklık ve ışınlanma gibi süreçleri mümkün kılan dedektör, kuantum internetinin ticarileşmesindeki en büyük fiziksel darboğazlardan biri olarak kabul edilen kanal sınırlamasını ortadan kaldırdı.

TERMAL YÜK DARBOĞAZI

Kuantum iletişiminde oda sıcaklığında çalışan tek foton çığ diyotlarının (SPAD) hassasiyet yetersizliği nedeniyle, mutlak sıfıra yakın kriyojenik ortamlara ihtiyaç duyan süper iletken nanotelli tek foton dedektörleri (SNSPD) tercih ediliyor.

Ancak kriyojenik odada bulunan algılayıcı kanalların oda sıcaklığındaki ölçüm cihazlarına kalın ve ısı iletken koaksiyel kablolarla bağlanması, sisteme aşırı ısı sızıntısı (termal yük) oluşturuyordu. Bu fiziksel kısıtlama nedeniyle dedektörlerdeki kanal sayısı dünya genelinde en fazla 32 ile sınırlandırılırken; SIMIT mühendisleri koaksiyel kabloları yüksek yoğunluklu, çok çekirdekli ve esnek mikroşerit hatlarla ikame ederek sisteme sızan ısı miktarını geleneksel kabloların 21'de 1'i seviyesine düşürmeyi başardı.

KESİNTİSİZ ÇALIŞMA VE YÜZDE 80 VERİMLİLİK

Geliştirilen esnek mikroşerit mimarisi, dedektörün fiziksel boyutlarını büyütmeden bağımsız kanal sayısının 100'e çıkarılmasına olanak tanıdı. Sistemin kararlılığını test etmek amacıyla gerçekleştirilen yedi günlük kesintisiz çalışma deneyinde, kriyojenik hazne sıcaklığı mutlak sıfır noktasına son derece yakın olan 2,1 Kelvin (-271,05 santigrat derece) seviyesinin altında sabit tutuldu.

Kanalların yüzde 80 algılama verimliliğiyle görev yaptığı bu operasyonel testte, yanlış algılama ve hatalı pozitif sinyal oranlarının yok denecek kadar düşük seviyelerde kaldığı kaydedildi.

5 KULLANICILI KUANTUM PROTOKOLÜ

Geliştirilen donanımın gerçek dünya senaryolarındaki performansını sınamak üzere 10 adet çift yönlü kuantum bağlantısı içeren beş kullanıcılı bir kuantum dolanıklık dağıtım ağı kuruldu. Ağdaki her bir kullanıcının yeni nesil dedektör kanalları üzerinden foton transferi gerçekleştirdiği demonstrasyonda, kuantum verilerinin bozulmadan aktarılma oranını ifade eden iletişim sadakati yüzde 90 eşiğinin üzerinde gerçekleşti.

Elde edilen bulgular; mevcut optik fiber altyapılarıyla tam uyumlu, geniş bantlı ve çok kullanıcılı kuantum bilgi ağlarının kurulum maliyetlerini ve teknik engellerini önemli ölçüde azaltacak stratejik bir eşik olarak değerlendiriliyor.