1900'lerin başında ortaya çıkan kuantum mekaniği, son derece hassas saatler, kuantum bitleri kullanan kuantum bilgisayarlar ve üst düzey mikroskoplar gibi araçlar için kullanılmaktadır.

Kuantum internet, kuantum cihazlarının, kuantum mekaniğinin tuhaf yasalarını kullanan bir ortamda bazı bilgilerin değiş tokuş edilmesine izin veren olağan üstü bir ağdır.

Bu olay teoride, kuantum internete bugünün web uygulamalarıyla gerçekleştirilmesi imkansız olan eşi görülmemiş yetenekler kazandırıyor.

Hepsi bir bilim kurgu konsepti gibi gelebilir, ancak kuantum ağları kurmak dünyadaki birçok ülke için büyük bir hırs kaynağı olmakta.

Bir süre önce kuantum internet alanında türünün ilk planını yayınlayan ABD Savunma Bakanlığı, kuantum internet rüyasının önümüzdeki birkaç yıl içerisinde adım adım devreye sokacaklarını belirtti.

ABD'nin stratejik açıklamasına istinaden kuantum iletişim kavramına büyük ilgi gösteren Avrupa Birliği (AB) ve Çin'de çalışmalara başladıklarını duyurdular.

Şu anda her ne kadar kullanıma sunulmasının uzun süreceği belirtilse de birçok ülkenin kuantum internetin gelecekte askeri anlamda stratejik bir unsur haline gelmesi, savunma ve savaş stratejilerinde belirleyici bir güç sağlaması gibi olasılıkları göz önünde bulundurarak çalışmalara başlaması rüya gibi gözüken bu çalışmanın beklendiğinden de hızlı bir şekilde bitebileceğini gözler önüne seriyor.

Kuantum dünyasında veriler, kuantum bilgisayar veya kuantum işlemci gibi kuantum cihazlarında oluşturulabilen kübit durumunda kodlanıyor ve kuantum internet, basit bir ifadeyle fiziksel olarak ayrılmış birden çok kuantum cihazından oluşan bir ağ üzerinden kübit göndermeyi içeriyor.

En önemlisi, tüm bunları kuantum durumlarına özgü tuhaf özellikler sayesinde gerçekleştiriyor.

Bu, sizlere standart internete benziyor gibi gelebilir. Ancak, kübitleri klasik bir kanaldan ziyade bir kuantum kanalı aracılığıyla göndermek, parçacıkların davranışlarını en küçük ölçekte "kuantum halleri" olarak adlandırılan, onlarca yıldır bilim isanları arasında keyif ve dehşet yaratan etkili sistemi en büyük fark olarak gösteriliyor.

Bu da kuantum internetin gelecekte bizlere favori web tarayıcımızı hatırlatmamakta kararlı gözüktüğünü gösteriyor.

Kuantum (daha güvenli) iletişim

Kübitlerle donanmış araştırmacıların keşfettiği en heyecan verici detaylardan birisi de güvenliktir. 

Klasik iletişim söz konusu olduğunda, çoğu veri, gönderen ve alıcıyla paylaşılan bir anahtarın dağıtılması ve ardından mesajı şifrelenmesi için bu ortak anahtarın kullanılmasıyla güvence altına alınıyor.

Alıcı daha sonra kendi anahtarını kullanarak verinin sonunda şifresini çözebiliyor.

Günümüzde çoğu klasik iletişimin güvenliği, bilgisayar korsanlarının kırması zor, ancak imkansız olmayan anahtarları oluşturmak için var olan algoritmalara dayanıyor.

Bu yüzden araştırmacılar bu iletişim sürecini "kuantum" yapmaya çalışıyorlar. Bu kavram, kuantum anahtar dağıtımı (QKD) adı verilen ve yeni çıkan siber güvenlik alanının merkezinde yer alıyor.

QKD, iki taraftan birinin kriptografi anahtarını kübitlerle kodlayarak ve bir parça klasik verinin şifrelenmesi sağlanarak çalıştırılıyor.

Gönderen, daha sonra bu kübitleri anahtar değerleri elde etmek için, kübitleri ölçen diğer kişiye iletiyor. 

Ölçme, kübitin durumunun çökmesine neden oluyor; ancak önemli olan şey ise ölçüm işlemi sırasında okunan değer olarak gösteriliyor. Kübit, bir bakıma, yalnızca anahtar değerini taşımak için orada bulunuyor.

Daha da önemlisi, QKD üçüncü bir kişinin iletim sırasında kübitleri gizlice dinleyip dinlemediğini öğrenmenin de kolay olduğu anlamına geliyor.

Çünkü davetsiz misafir sadece ona bakarak anahtarın çökmesine neden olabiliyor.

Bilgisayar korsanları, mesajlar gönderildikleri sırada kübitlere herhangi bir noktada baktığında, kübitlerin durumu otomatik olarak değiştiriliyor.

Bu da bize gelecekte yapılacak olan işlemlerin daha da güvenli olabileceği gerçeğini öne sürüyor.

Neden kuantum internet?

QKD teknolojisi için hala vakit olduğu belirtiliyor. Şu anda QKD oluşturmanın "olağan" yolu, kübitleri optik fiber kablolar aracılığıyla alıcıya tek yönlü olarak göndermekten ibaret; ancak bunlar protokolün etkinliğini önemli ölçüde sınırlıyor. 

Böyle bir sistemin kurulması durumunda kübitler fiber optik bir kabloda kolayca kaybolabilir veya dağılabilir, bu da kuantum sinyallerinin hataya çok açık olduğu ve uzun mesafeler kat etmek için mücadele edeceği anlamına geliyor.

Aslında mevcut deneyler, yüzlerce kilometre menzil ile sınırlı. Tabi ki bu konuda başka çözümler de var.

Kuantum internetin temelini oluşturan şey: iki cihaz arasında iletişim kurmak için dolaşıklık denen başka bir kuantum özelliğinden yararlanmaktır.

İki kübit etkileşime girdiğinde ve birbirine dolandığında, birbirlerine bağlı belirli özellikleri paylaşırlar.

Kübitler dolaşık bir durumdayken, çiftteki bir partikülde meydana gelen herhangi bir değişiklik, fiziksel olarak ayrılmış olsalar bile diğerinde de değişikliklere neden olacaktır.

Bu nedenle, birinci kübitin durumu, dolaşık muadilinin davranışına bakılarak "okunabilir".

Kuantum iletişim bağlamında, dolaşıklık aslında, iletim sırasında ikisini birbirine bağlayan fiziksel bir kanala ihtiyaç duymadan, bazı bilgileri bir kübitten diğer yarısına ışınlayabilir.

Yapılan çalışmalar ve açıklamalar göz önünde bulundurulduğunda uzaya yollanacak cihazlarla bu işlemlerin maliyeti oldukça yükselecek ve bu deneyler kablolar yoluyla devam ettiği sürece de iş gücü ve rüyaların gerçeğe dönüşme süresi oldukça artacak.

Dolum nasıl çalışır?

Işınlanma kavramı, tanımı gereği, iletişim cihazları arasında köprü oluşturan fiziksel bir ağın bulunmamasını gerektiriyor. Ancak, dolaşıklığın ilk etapta yaratılması ve ardından sürdürülmesi gerekiyor. 

Dolaşıklığı kullanarak QKD gerçekleştirmek için, önce dolaşık kübit çiftleri oluşturmak ve ardından bunları bir gönderici ve bir alıcı arasında dağıtmak için uygun altyapıyı oluşturmak gerekiyor.

Bu, şifreleme anahtarlarının değiş tokuş edilebileceği "ışınlanma" kanalını yaratıyor.

Özellikle, dolaşık kübitler oluşturulduktan sonra, çiftin yarısını anahtarın alıcısına göndermeniz gerekiyor. Dolaşık bir kübit, optik fiber ağları boyunca hareket edebilir; ancak yaklaşık 60 mil sonra dolaşmayı sürdüremiyor. 

Kübitler ayrıca uydu aracılığıyla büyük mesafelerde dolaşık halde tutulabilir, ancak gezegeni, dış uzay kuantum cihazlarıyla kaplamak oldukça pahalı işlemler gerektiriyor. 

Bu nedenle, dünya çapında kübitleri etkin bir şekilde bağlayabilecek büyük ölçekli "ışınlanma ağları" oluşturmak için hâlâ büyük mühendislik zorlukları yaşanıyor.

Ancak ve ancak dolaşıklık ağı oluşturulduktan sonra sihir başlayabiliyor ve bağlantılı kübitlerin artık mesajlarını iletmek için herhangi bir fiziksel altyapıdan geçmeleri gerekmiyor. 

Bu sayede, iletim sırasında kuantum anahtarı üçüncü şahıslar tarafından neredeyse görünmez, kesilmesi imkansız ve bir uç noktadan diğerine güvenilir bir şekilde "ışınlanır" hale geliyor.

Fikir; bankacılık, sağlık hizmetleri veya uçak iletişimi gibi hassas verilerle ilgilenen endüstrilerde yankı uyandıracak gelişmeler kaydediyor ve muhtemelen çok gizli bilgiler üzerinde oturan hükümetler teknolojiyi en erken benimseyenlerden olacaklar.

Kuantum internet ile başka ne yapabiliriz?

Araştırmacılar, kuantum internete bağlanmak için özellikle güçlü bir kuantum donanım parçasına ihtiyaç duymayacaklar.

Bu işleri yapabilmek için tek kübitlik bir işlemci bile işi yapabilir. Ancak bilim insanları, bulundukları haliyle sınırlı yeteneklere sahip olan kuantum cihazları birbirine bağlayarak, hepsini aşacak bir kuantum süper bilgisayar yaratabileceklerini umuyorlar.

Bu nedenle, birçok küçük kuantum cihazını birbirine bağlayarak, kuantum internetin şu anda tek bir kuantum bilgisayarda başarılması imkansız olan sorunları çözmeye başlayabileceği söyleniyor.

Bu, büyük miktarda veri alışverişini hızlandırmayı ve astronomi, malzeme keşfi ve yaşam bilimlerinde büyük ölçekli algılama deneyleri yapmayı içeriyor.

Bu nedenle bilim insanları, Google ve IBM gibi teknoloji devlerinin kuantum üstünlüğüne ulaşmadan önce, kuantum internetin faydalarından yararlanabileceğimize inanıyorlar. 

Google ve IBM'in en gelişmiş kuantum bilgisayarları şu anda 50 kübit civarında ve bu, kuantum araştırmasının ele almayı umduğu sorunları çözmek için gereken olağanüstü hesaplamaları yapmak için gerekenden çok daha az. 

Öte yandan, bu tür cihazları kuantum dolaşıklığı yoluyla birbirine bağlamak, binlerce kübit değerinde kümeler oluşturabilir.

Pek çok bilim insanı için böyle bir bilgi işlem gücü yaratmak, aslında kuantum internet projesinin en nihai amacı konumunda.

Kuantum internet ile ne yapabiliriz?

Öngörülebilir gelecek için, kuantum internet, şu anda dizüstü bilgisayarlarımızda yaptığımız şekilde veri alışverişi yapmak için kullanılamayacak.

Genelleştirilmiş, ana akım bir kuantum interneti oluşturmak, on yıllarca sürecek olması ön görülen teknolojik ilerlemeyi öngörmeyi gerektirecektir.

Bilim insanları kuantum internetin geleceğini hayal etseler de, projenin şu anki haliyle her gün web'de gezinme şeklimiz arasında paralellikler kurmanın imkansız olacağını öngörüyor.

Bilim insanlarının kuantum internet üzerinden göndermeye çalıştıkları bilgi türünün, bir gelen kutusunu açmak ve e-postalarda gezinmekle çok az ilgisi olduğunu belirtiyor ve aslında, klasik internetin yerini almak, geliştirilen teknolojinin yapmak istediği bir şey değil. 

Aksine, araştırmacılar kuantum internetin klasik internetin yanında yer alacağını ve daha özel uygulamalar için kullanılacağını umuyorlar.

Kuantum internet, bir kuantum bilgisayarda klasik bilgisayarlardan daha hızlı yapılabilen veya bugün var olan en iyi süper bilgisayarlarda bile gerçekleştirilmesi çok zor olan görevleri gerçekleştirecek.

Ne bekliyoruz?

Bilim insanları, kübitler arasında nasıl dolanıklık yaratacaklarını zaten biliyorlar ve hatta QKD için dolanıklığı başarılı bir şekilde kullanıyorlar. 

Uzun süredir kuantum ağlarına yatırım yapan Çin, uydu kaynaklı dolaşıklık konusunda rekorlar kırıyor. Çinli bilim insanları yakın zamanda bir karmaşa kurdular ve rekor kırarak 745 mil uzunluğunda QKD elde ettiler.

Ancak bir sonraki aşamanın, altyapıyı büyütmek olduğu gerçeği de göz önünde. Şimdiye kadarki tüm deneyler yalnızca iki uç noktayı birbirine bağladı.

Artık bir noktadan diğer noktaya iletişim sağlandığından, bilim insanları, çok sayıda göndericinin ve birden çok alıcının kuantum internet üzerinden küresel ölçekte değiş tokuş yapabileceği bir ağ oluşturmak için çalışmalarına hız kazandırmaya başladı.

Esasen amaç, talep üzerine, uzun mesafeler boyunca ve aynı anda birçok farklı nokta arasında çok sayıda dolaşık kübit üretmenin en iyi yollarını bulmaktır.

Bunu söylemek yapmaktan çok daha kolay elbette. Örneğin, Çin'deki bir cihazla ABD'deki bir cihaz arasındaki dolanıklığı sürdürmek, muhtemelen yeni yönlendirme protokollerine ek olarak bir ara düğüm gerektirecektir. 

Bu yüzden ülkeler, ilk etapta karmaşa oluşturma konusunda farklı teknolojileri tercih ediyorlar. Çin uydu teknolojisini seçerken, ABD DoE tarafından optik fiber yöntemini benimsemiş durumdadır.

ABD'de parçacıklar, kuantum tekrarlayıcılara ihtiyaç duymadan Chicago banliyölerinde 52 millik bir "kuantum döngüsü" boyunca optik fiberde dolaşmış durumda kaldılar. Ağ, 80 millik bir kuantum test yatağı kurmak için yakında DoE'nin laboratuvarlarından birine bağlanacak. 

AB Kuantum İnternet İttifakı, kuantum internet için bir strateji geliştirmek üzere 2018'de kuruldu ve geçen yıl 31 milden fazla dolanma gösterdi.

Kuantum araştırmacıları için amaç, ağları önce ulusal bir düzeye ölçeklendirmektir. bilim insanlarının büyük çoğunluğu, bunun onlarca yıldan önce gerçekleşmesinin olası olmadığı konusunda hemfikir. 

Kuantum internet şüphesiz çok uzun vadeli bir proje ve birçok teknik engelle savaş halinde.

Ancak teknolojinin kaçınılmaz olarak yolda getireceği beklenmedik sonuçlar, şimdilik tahmin bile edilemeyen çok sayıda tuhaf kuantum uygulamasıyla tamamlanan paha biçilmez bir bilimsel yolculuğa katkı sağlayacak.

*Bu makalede yer alan fikirler yazara aittir ve Independent Türkçe’nin editöryal politikasını yansıtmayabilir.