Almaniyanın Yena şəhərində yerləşən Leibniz Fototonika Texnologiyaları İnstitutunun (Leibniz-IPHT) alimləri Kanadadakı beynəlxalq tədqiqatçı qrupları ilə birgə, fiber-optik vasitəsilə kvant rabitəsini laboratoriya xaricində tətbiq etmək üçün iki tamamlayıcı metod hazırlayıblar. Bu yanaşmalardan biri hər fotonun daşıya biləcəyi informasiya həcmini əhəmiyyətli dərəcədə artırır, digəri isə kvant siqnalının uzun məsafələrdə sabitliyini təmin edir. Hər iki metod standart telekommunikasiya komponentlərindən istifadə edir ki, bu da mövcud fiber-optik şəbəkələr vasitəsilə təhlükəsiz məlumat ötürülməsi üçün real imkanlar yaradır.

Kvant rabitəsinin əsas üstünlüklərindən biri, məlumatın ötürülməsi zamanı siqnalın müdaxilə və ya ələ keçirilmə cəhdlərindən dərhal təsirlənməsi və bunun aşkar edilə bilməsidir. Bu texnologiya tək işıq hissəcikləri—fotonlar vasitəsilə məlumat ötürür. Lakin laboratoriyadan kənarda kvant rabitəsinin tətbiqi ciddi texniki problemlər yaradır. Almaniya və Kanadadan olan alimlər bu problemlərin həllinə fokuslanaraq iki əsas suala cavab axtarıblar: Hər bir foton necə daha çox məlumat daşıya bilər? Və siqnallar uzun məsafələrdə necə sabit qala bilər?

Tədqiqat nəticələri "Nature Communications" və "Physical Review Letters" kimi nüfuzlu jurnallarda dərc edilib. Onlar yeni fotonik platforma təqdim ediblər ki, bu platforma hər bir fotonun məlumat sıxlığını artırır və siqnalın keyfiyyətini yüzlərlə kilometr məsafədə qoruyur. Üstəlik, bu texnologiyalar artıq mövcud telekommunikasiya şəbəkələrində istifadə olunan komponentlərə əsaslanır.

Fotonlar informasiya daşıyıcısı kimi: Zaman bölmələrində kodlaşdırma

Tədqiqatın mərkəzində "zaman bölmələri kodlaşdırması" adlanan metod dayanır. Bu metodda informasiya fotonun dəqiq gəlmə vaxtı ilə—yəni bir neçə kiçik zaman pəncərəsindən hansına düşməsi ilə ötürülür. Ənənəvi sistemlər yalnız iki belə zaman bölməsini ayırd edə bilər. Lakin Leibniz-IPHT və Kanadanın Milli Elmi Araşdırmalar İnstitutunun (INRS) alimləri tərəfindən hazırlanan yeni platforma bu sayını səkkizə çatdıraraq məlumat ötürmə qabiliyyətini xeyli artırır.

"Bu, bir növ çəkməcə sisteminə bənzəyir," deyə Leibniz-IPHT və Yena Friedrich Schiller Universitetinin professoru Mario Kemnitz izah edir. "Yalnız bir çəkməcə əvəzinə, indi bir neçə çəkməcəni eyni anda aça bilərik—hər biri məlumatın bir hissəsini daşıyır."

"Nature Communications" jurnalında təsvir edilən platforma işığı mikroskopik ölçüdə idarə etmək üçün ideal material olan silikon nitrid əsasında hazırlanmış xüsusi fotonik çipdən istifadə edir. Bu çip, entanqlement (qarışıq) vəziyyətində olan fotonları generasiya və emal edə bilən kiçik interferometrləri özündə birləşdirir və standart telekommunikasiya komponentlərindən yararlanır.

Laboratoriya testlərində sistem kvant məlumatını 60 kilometr uzunluğunda optik lif vasitəsilə uğurla ötürdü—bu, şəbəkə düyünləri arasındakı tipik məsafədir. Bu, mövcud fiber-optik şəbəkələr vasitəsilə yüksək sürətli və təhlükəsiz kvant kanallarından daha çox istifadəçiyə faydalanmağa imkan yaradır.

Uzun məsafələrdə möhkəm kvant bağlantıları

İkinci əsas problem siqnalın uzun məsafələrdə keyfiyyətini qorumaq idi. Burada əsas çətinlik dispersiya adlanan fiziki təsirdir ki, bu da işıq impulslarını zamanla uzadaraq dəqiq zaman bölməsi fərqlərini bulanıqlaşdırır. "Physical Review Letters" jurnalında dərc olunan tədqiqatda alimlər bunun öhdəsindən gəlmək üçün yeni yanaşma təqdim ediblər.

Onlar fotonları ayrı-ayrılıqda təhlil etmək əvəzinə, foton cütlərinin birgə gəlmə vaxtını izləmə metodundan istifadə ediblər. "Cəm-tezlik korrelyasiyası" adlanan bu parametr güclü dispersiya şəraitində belə sabit qalır və ilk dəfə olaraq praktiki rabitə üçün istifadə olunub.

Nəticədə, tədqiqat qrupu təhlükəsiz kvant bağlantısının məsafəsini 200 kilometr ekvivalentində lif boyunca genişləndirə bildi və siqnalın həm keyfiyyətini, həm də müdaxiləyə qarşı dayanıqlığını artırdı.

"Birinci tədqiqatda hər bir fotona daha çox məlumat yerləşdirməyi göstəririk," deyə Kemnitz izah edir. "İkinci tədqiqatda isə məlumatın real şəbəkələrdə etibarlı şəkildə ötürülməsini təmin etməyi nümayiş etdiririk. Hər iki yanaşma bir-birini tamamlayır."

Fundamental tədqiqatlardan real tətbiqlərə

Bu nailiyyətlər kvant rabitəsini nəzəriyyə və laboratoriya eksperimentlərindən praktiki istifadəyə keçirmək üçün daha geniş səylərin bir hissəsidir. "Məqsədimiz kvant rabitəsini bu günkü telekommunikasiya infrastrukturuna inteqrasiya oluna bilən sistemlərlə tətbiq etməkdir," deyə Kemnitz bildirir. "Biz fundamental tədqiqat ilə tətbiq arasında olan boşluğu aradan qaldırırıq."

Leibniz-IPHT-də Kemnitz "Ağıllı Fotonika" adlı gənc tədqiqat qrupuna rəhbərlik edir. Bu qrup qeyri-xətti optika, maşın öyrənməsi və insan beyninin iş prinsipindən ilhamlanmış neyromorfik məlumat emalını araşdırır. Onun uzunmüddətli məqsədi yalnız işıqla məlumat ötürmək deyil, həm də optik sistemlərdə məlumatı birbaşa təhlil və emal etməkdir. Bu yanaşma ultrasürətli diaqnostikadan enerjiyə qənaət edən optik hesablama sahəsinə qədər geniş tətbiqlərə malik ola bilər.

Əlavə məlumat: Hao Yu və digərləri, "D-səviyyəli zaman-bölməsi ilə entanqlement fotonlarla həyata keçirilən kvant açar paylanması", Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-55345-0 Hao Yu və digərləri, "Dispersiyaya davamlı kvant rabitəsi üçün qeyri-lokal korrelyasiyaların istifadəsi", Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.220801