Sosyal medya hesaplarından hükümet dosyalarına kadar her şey hacker saldırılarına karşı; çatlak bir kod yerine bilgi sağlamak için “fotonlar” adı verilen ışık parçacıklarını kullanacak olan kuantum iletişiminin ortaya çıkmasıyla önlenebilirdi.
Sorun şu ki, kuantum iletişimi şu anda tek fotonların güvenli bir şekilde “gizli bit hızı” olarak adlandırılan bilginin ne kadar bilgi alabildiği ile sınırlıdır. Purdue Üniversitesi araştırmacıları, saniyede 35 milyon fotonun üzerinde gizli bit hızını 100 kat artıracak yeni bir teknik geliştirdiler.
Elektrik ve bilgisayar mühendisliğindeki bir Purdue doktora sonrası araştırmacısı Simeon Bogdanov: “Bit oranını arttırmak, saniyede bir cümleyi iletmek değil, bir megabayt büyüklüğünde bir dosya gibi nispeten büyük bir bilgi parçası göndermek için tek fotonları kullanmamıza izin veriyor.”
Sonuç olarak, yüksek bit hızı; kuantum bilgisini işleyebilen cihazlar, yongalar, yerler veya partiler arasında tek fotonları iletecek, dalga kılavuzları” olarak adlandırılan bir kanal ağı olan ultra-güvenli “kuantum internet” sağlayacaktır.
Bogdanov: “Bir bilgisayar korsanı ne kadar ilerlemiş olursa olsun, fizik yasalarının tespit edilmeden; kuantum iletişim kanallarına müdahale etmesi temelde imkansız olacaktır. Çünkü kuantum seviyesinde, ışık ve madde rahatsızlıklara karşı çok hassastır.”
Bilgi göndermek için ışığın kullanılması bir olasılık oyunu: Bir bilgi bitinin aktarılması birden fazla girişimde bulunabilir. Bir ışık kaynağının saniyede daha fazla foton oluşturması, başarılı bilgi aktarım hızıyla o kadar hızlıdır.
Bogdanov: “Bir kaynak saniyede çok fazla foton üretebilir, ancak bunlardan sadece birkaçı kuantum iletişiminin hızını güçlü bir şekilde sınırlayan bilgiyi iletmek için kullanılabilir.”
Kuantum İletişimi
Daha hızlı kuantum iletişimi için Purdue araştırmacıları; bir lazer ışını ışık atımının insan yapımı bir “defekt” le elektronları harekete geçirdiğini veya kristal kafes içindeki yerel bir sorunu nasıl değiştirdiğini gösterme ve sonrasında ise bu defektin tek seferde bir foton ortaya çıkarma sürecini modifiye ettliler.
Araştırmacılar bu süreçleri, gümüş küp ve gümüş film arasına sıkıştırılmış, yalnızca 10 nanometre büyüklüğünde küçük bir elmas içeren, yeni bir ışık kaynağı oluşturarak hızlandırdılar. Nanodiamond içinde, bir karbon atomunun yerine nitrojen ve bir bitişik karbon atomu tarafından bırakılan bir boşluktan kaynaklanan tek bir hata tespit ettiler.
Azot ve eksik atom, etrafında dönen elektronlarla birlikte bir elmasta “azot-boşluk merkezi” olarak adlandırılan bir yapı oluşturdu.
Bu kusura bağlanmış metalik bir anten; fotonların, “plasmonlar” adı verilen hibrid hafif-madde parçacıkları vasıtasıyla, nitrojen-boşaltma merkezinin yörüngesel elektronlarıyla etkileşimini kolaylaştırdı. Tek seferde bir plazmayı emen ve yayan merkezi; plazmaları fotonlara dönüştüren nanoanten, kuantum iletişimi için foton üretme hızını önemli ölçüde daha hızlı hale getirdi.
Bob ve Anne Burnett Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü Vlad Shalaev:”Oda sıcaklığında en parlak tek foton kaynağını gösterdik. Genellikle benzer parlaklığa sahip kaynaklar; yalnızca oda sıcaklığında kullanacağımız bilgisayar çipleri üzerinde uygulama yapmak için elverişsiz olan çok düşük sıcaklıklarda çalışırlar.”
Ardından, araştırmacılar bu sistemi çip üzerinde devreye sokacak. Bu, plasmonik antenin dalga kılavuzları ile birleştirilmesi anlamına gelecektir, böylece fotonlar çipin farklı kısımlarına yönlendirilebilirn ve tüm yönlerde yayılır.