Bugünün interneti bizi küresel olarak birbirine bağlıyor. Klasik sinyallerde iletişimimizi taşıyan bilgi paketleri gönderir - optik fiberler aracılığıyla ışık patlamaları, elektriksel olarak bakır tel veya mikrodalgalar aracılığıyla kablosuz bağlantılar kurmak için gönderilir. Hızlı ve güvenilirdir. Öyleyse neden bilgi taşımak için tek fotonları - mümkün olan en küçük ışık kuantumu - kullanan bir kuantum interneti geliştirelim?
Çünkü keşfedilecek yeni bilimsel alanlar var. Kuantum fiziği çok küçüklerin alanını yönetir. Klasik bir karşılığı olmayan benzersiz kuantum fenomenlerini anlamamızı ve kendi yararımıza kullanmamızı sağlar. Kuantum fiziğinin ilkelerini, daha hassas ölçümler yapan sensörler, daha karmaşık fiziksel süreçleri simüle eden bilgisayarlar ve bu cihazları güvenli bir şekilde birbirine bağlayan ve bilimsel keşif için yeni fırsatlar yaratan iletişim ağları tasarlamak için kullanabiliriz.
Kuantum ağları, bilgiyi kodlamak için fotonların kuantum özelliklerini kullanır. Örneğin, bir yönde polarize olmuş fotonlar (örneğin, polarize güneş gözlüklerinden geçmelerine izin verecek yönde) değerle ilişkilendirilir; birincisi, ters yönde polarize olan fotonlar (böylece güneş gözlüklerinden geçmezler) sıfır değeriyle ilişkilendirilir. Araştırmacılar, bu ilişkileri resmileştirmek için kuantum iletişim protokolleri geliştiriyor ve fotonların kuantum durumunun bir kuantum ağı aracılığıyla göndericiden alıcıya bilgi taşımasına izin veriyor.
Kuantum ağları, klasik ağlarda mevcut olmayan süperpozisyon, klonlamama ve dolaşma gibi benzersiz kuantum fenomenlerini kullanır. Foton ölçülmeden önce, her biri karşılık gelen olasılığa sahip tüm olası kuantum durumlarının bir süperpozisyonunda bulunur. Ölçüm bu durumlardan birini seçer. Aslında fotonun kuantum durumu, girişimi ele veren bir bozulmaya neden olmadan ölçülemez. Ne de keyfi, bilinmeyen bir kuantum durumu kopyalanamaz - klonlamaya izin verilmez. Düzgün tasarlanmış ve çalıştırılan bir kuantum ağı, bu davranıştan doğasında güvenlik sağlar.
Ancak foton kopyalanamazsa, uzak alıcılara ulaşmak için iletişim nasıl güçlendirilebilir? Kuantum dolaşıklık olgusunun resme girdiği yer burasıdır. Her dolaşık fotonun kuantum durumu, aralarındaki mesafe ne olursa olsun, dolaşmış ortaklarınınkiyle ilişkilidir. Kuantum ağlarının aralığını genişletmek için dolaşıklığı kullanan kuantum ağ tekrarlayıcıları geliştirilmektedir.
Ortaya çıkan kuantum internet, günümüzün klasik internetini modası geçmiş mi yapacak? Bir şey değil. Kuantum ağlarının güçlü yönleri, klasik ağlarınkileri tamamlayıcı niteliktedir. Hem klasik hem de kuantum ağları, her iki teknolojinin kendi başına mümkün olanı aşan yeteneklere sahip bir internete dahil ederek uzun vadede en büyük faydayı elde edeceğiz.