Pensilvanya Üniversitesi mühendisleri, günümüz web’ini çalıştıran İnternet Protokolü (IP)’nü kullanarak, ticari fiber optik kablolar üzerinden sinyaller iletip kuantum ağı laboratuvarın ötesine taşıdı. Science dergisinde yayımlanan çalışma, hassas kuantum sinyallerinin, rutin çevrimiçi trafiği taşıyan aynı altyapı üstünde gürültü düzeltmesi eşliğinde iletilebildiğini gösteriyor. Testler, Verizon kampüsü fiber ağında yapıldı.
IP UYUMLU Q-ÇİP
Çalışmanın merkezinde, modern internet protokolleriyle tam uyumlu çalışırken kuantum ve klasik bilgiyi koordine eden kompakt ‘Q-çip’ bulunuyor. Ekip, bu yeniliğin, web’in ortaya çıkışı kadar dönüştürücü olabileceğini düşündükleri ‘kuantum internet’ için temel oluşturabileceğini değerlendiriyor. Kuantum iletişimi, birini değiştirdiğinizde diğerini de etkileyen dolanık parçacıklara dayanıyor; bu sayede kuantum bilgisayarların bağlanması ve kaynak paylaşımı mümkün olabiliyor. Bu tür ağlar, yeni ilaç ve malzeme keşfi veya daha verimli yapay zeka gibi alanlarda çığır açabilir.
KLASİK BAŞLIK MODELİ
Penn çalışması, aktif bir ticari fiber ağda ilk kez bir çipin; gürültüyü otomatik düzelterek kuantum sinyali iletebildiğini, kuantum ve klasik veriyi internet tarzı paketlere yerleştirebildiğini ve bunları günlük cihazların adresleme/ yönetim sistemleriyle yönlendirebildiğini gösterdi. Klasik ağlar veriyi ölçerek yönlendirir; oysa tam kuantum ağlarda ölçüm kuantum durumunu bozar. Bu engel, ‘Q-Çip’in klasik ışık akışı ile kuantum parçacığı akışını birlikte koordine eden düzeniyle aşıldı: Klasik sinyal önden gidiyor, yönlendirme için ölçülüyor; kuantum sinyali ise durumu bozulmadan arkadan taşınıyor. Takım, bunu bir ‘tren’ benzetmesiyle açıklıyor: Klasik başlık lokomotif, kuantum yük ise arka vagonlarda, içindekiler açmadan bozulamayacak kapalı konteynerler gibi taşınıyor. Böylece kuantum bilgi, tanıdık IP çerçevesi içinde ‘aynı dili’ konuşuyor; mevcut altyapıyla ölçeklenebilirlik sağlanıyor.
ALTYAPI GERÇEKLİĞİ SORUNU
Ticari altyapıda kuantum parçacıkları iletmenin ana zorluklarından biri, gerçek sahada iletim hatlarının değişkenliği: laboratuvarların aksine, ticari ağlar hava, inşaat, ulaşım kaynaklı titreşimler, sismik aktivite ve sıcaklık dalgalanmaları yaşıyor. Ekip, klasik başlığın maruz kaldığı girişimin kuantum sinyalini de benzer biçimde etkilediği gerçeğinden yararlanan bir hata düzeltme yöntemi geliştirdi. Klasik sinyali zararsızca ölçerek, kuantum sinyaline dokunmadan hangi düzeltmelerin gerektiği çıkarılıyor ve kuantum durumu korunuyor.
YÜZDE 97 İLETİM DOĞRULUĞU
Sistem, testlerde yüzde 97’nin üzerinde iletim doğruluğu sağladı; bu, laboratuvar dışı ortamlarda kuantum sinyallerini bozan gürültü ve dengesizliğin üstesinden gelinebildiğini gösteriyor. Çipin silikondan ve yerleşik üretim teknikleriyle yapılması, seri üretime uygunluk ve ölçeklenebilirliği destekliyor. Ağ şu anda, Verizon’un yaklaşık 1 km fiber döşediği iki binayı bağlayan tek sunucu–tek düğüm düzeninde. Ekip, daha fazla çip üretip bunları Philadelphia’daki mevcut fiber hatlara bağlayarak ağı genişletebileceklerini vurguluyor.
METROPOL ÖTESİ ENGELLER
Kuantum ağlarının metropol ölçeğinin ötesine taşınmasındaki en büyük engel, kuantum sinyallerinin dolanıklığı bozulmadan yükseltilememesi. Bazı ekipler, ultra güvenli iletişim için ‘kuantum anahtarlarının’ sıradan fiberle uzun mesafeler kat edebildiğini gösterdi; ancak bu sistemler, kopyalanamayan rastgele sayılar üretmek için zayıf tutarlı ışık kullanıyor. Bu, güvenlik için etkili olsa da, gerçek kuantum işlemcileri birbirine bağlamak için yeterli değil.
GÜRÜLTÜYE DAYANIKLI VE KARARLI
Saha testleri yeniden gösterdi ki sistem yüzde 97’nin üzerinde doğruluk seviyesine ulaşabiliyor; gürültüye dayanıklılık ve dinamik kararlılık, laboratuvar dışı kullanımda da korunuyor. Çipin silikon tabanlı tasarımı ve olgun CMOS ekosistemi ile uyumu, seri üretim ve saha yayılımı açısından avantaj sağlıyor.
AĞI GENİŞLETME YOLU
Mevcut ağ topolojisi, Verizon’un iki binayı bağlayan tek sunucu–tek düğüm kurulumuna dayanıyor. Araştırma ekibine göre, ölçekleme için tek gereklilik, ek Q-çiplerin üretilip mevcut fiber segmentlere entegre edilmesi. Bu, şehir çapında kuantum-kalsik hibrit omurganın adım adım kurulmasını mümkün kılabilir.
KUANTUM İNTERNETİNİN GELECEĞİ
Kuantum ağlarının metropol alanlarının ötesine ölçeklenmesindeki temel sorun (dolanıklığı koruyarak yükseltme) devam ediyor. Kuantum anahtar dağıtımı (QKD) tabanlı gösterimler, güvenlik uygulamaları için etkili olsa da, kuantum işlemcileri bağlamak için yeterli fotonik–dolanık sinyal bütünlüğünü sağlamıyor. Bu nedenle, Penn’in Q-çipi gibi hibrit IP-uyumlu çözümler, pratik kuantum internet yönünde kademeli ama somut bir yol haritası sunuyor.
