Kuantum ağlarının gerçekleştirilmesi, modern fiziğin en önemli sorunlardan biri. Şimdilerde yeni bir araştırma, bize ''kuantum internet''i getirecek olan katı hal çiplerinden elde edilecek olan ''yüksek kaliteli fotonları'' öngörüyor.
Bir teknoloji devi olan Intel'in kurucularından olan Gordon Moore, neredeyse 50 yıl önce, bir mikroişlemci üzerindeki transistör (girişine uygulanan sinyali yükselterek gerilim ve akım kazancı sağlayan yarı iletken bir elektronik devre elemanı) sayısının 2 katına çıkacağını tahmin etmişti.
Bunun devam edebilmesi için, önümüzdeki 10 yıl içerisindeki kuramsal ve teorik gelişmelerin, mikroçiplerde kullanılan kuantum mekaniği prensiplerini güçlendirmesi gerekiyor. Dağıtılmış bir kuantum ağı geliştirilmesi ise, bugün birçok araştırmacı tarafından izlenen ve gelecek vaat eden alanlardan sadece biri.
Katı hal sistemlerinin birçok çeşidi, halihazırda, kuantum bilgi parçası olan ''qubit''ler gibi teknolojiler için incelenmiş ve kuantum bilgisayar protokolleri için bir dizi yaklaşım olarak değerlendirilmiştir. Böylesi bir qubit, bir çipe gömülü yarı-iletken nanokristaller yardımıyla, elektrooptik olarak kontrol edilebilmektedir.
Tekli fotonlar, 'uçan qubitler'' olarak, dağıtılmış kuantum ağlarının ayrılmaz bir parçası olacak. ilk olarak bunlar, uzun mesafeler arasında hızlı ve güvenilir bilgiyi taşıyabilmeleri bağlamında, kuantum iletişimi için doğal seçim olarak görülüyor. ikinci önemli madde ise, katılan tüm fotonların aynı olması şartıyla, bu fotonlar, kuantum mantık işlemlerinde yer alabilir.
Ne yazık ki katı hal qubitlerinden elde edilen fotonların kalitesi, malzemenin yapısından kaynaklanan eşevresizlik (aynı anda farklı yerlerde bulunamama durumu olarak bildiğimiz durum) sebebiyle düşük olabiliyor. Dolayısıyla bu, her yayılan fotonun diğerlerinden farklı olması durumunu gündeme getiriyor; bu da bir kuantum fotonik ağ geliştirme konusunda önemli bir sorun teşkil ediyor.
Cambridge Üniversitesi, Cavendish Laboratuvarı araştırmacıları, tekli fotonlar üretebilen ve bunu neredeyse lazerlerle aynı kalitede başaran özel katı hal cihazları için yeni bir tekniği hayata geçirdiler. Çalışmaları ise, Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Foton kaynağı olarak, araştırmacılar, tek tek adreslenebilen kuantum noktaları içeren bir yarı-iletken alet geliştirdiler. Kuantum noktalarının geçişleri, ''rezonans floresans'' denen ve aynı ekip tarafından daha önce de gösterilen bir teknikle sağlandı ve tek foton üretimi için kullanıldı.
Fotonlar, zayıf uyarım altında, ''Heitler rejimi'' olarak da bilinen bir etkiyle beraber, esnek bir saçılım gösterir. Bu şekilde çalıştırılmak sureti ile, fotonların eşevresizliği, tamamen önlenebilir. Bu sırada araştırmacılar, söz konusu fotonların tutarlılık ve dalga formu açısından, lazerlere ne kadar benzediğini de ölçmeyi için başardılar: sonuçta aynı oldukları ortaya çıktı.
Cavendish Laboratuvarı fizikçilerinden, deneylerin liderliğini de yürüten Dr. Mete Atatüre, ''Bizim araştırmamız, tutarlı foton şekillendirme ve katı hal kuantum fotoniği konusunda, araç kutumuza yeni konseptler ekledi.'' ifadelerini kullanıyor ve sözlerine şöyle devam ediyor: ''Bizler, kalite açısından lazerlerle aynı olan tekli fotonları, yüksek oranda programlanabilir dalga formlarıyla etmeyi başardık ve bu da, kendiliğinden bozunma yoluyla geleneksel tekli foton üretimi açısından önemli bir paradigma kayması anlamına geliyor.''. Dr. Atatüre, sözlerini, ''Bizler kuantumun etkin olduğu teknolojilerin, kuantm bilgisayarların ve kuantum ağlarının şafağındayız.'' ifadeleriyle noktaladı.
