Kuantum Skyrmionları Dolanıklıktan Daha Uzun Ömürlü: Daha Dayanıklı Ağlara İşaret Eden Keşif

İlk yazar Haoqi Zhao, ekibin kuantum “skyrmion”larının potansiyelini test etmek için geliştirdiği çipi gösteriyor. Kredit: Bella Ciervo, Penn Engineering

Kuantum ağları bir gün kuantum bilgisayarlarını daha güçlü sistemler içinde birbirine bağlayabilir ve güvenli iletişimin yeni biçimlerini mümkün kılabilir. Ancak yolun ortasında temel bir engel var: Kuantum bilgisi olağanüstü derecede kırılgandır ve böyle ağların güveneceği ışık parçacıkları arasındaki dolanıklık kolayca bozulur.

Şimdi, Nature Physics’te yayımlanan yeni bir makalede, Pennsylvania Üniversitesi mühendisleri, topoloji adı verilen ve meşhur şekilde bir hamur halkası ile bir kupa mfanın her ikisinin de şekilleri bozulduğunda değişmeyen tek bir deliğe sahip olması nedeniyle eşit sayıldığı matematik dalını kullanarak olası bir çözüm yolu gösterdi.

Mühendisler, topolojinin şekil değiştirmeye dirençli kalan özelliklere odaklanmasının kuantum sistemlerine dayanıklılık sağlayıp sağlayamayacağını araştırmak için bir çift dolanık foton üreten ve bu fotonlardan birinin ışığını belirli bir şekilde polarize ederek ona skyrmion olarak bilinen ayırt edici bir desen kazandıran bir çip geliştirdi.

Mühendisler, skyrmion deseninin tek bir foton üzerine kazındığını, bunun yerel olarak iki fotonun paylaştığı kuantum durumuna uzaktan aktarılabileceğini buldu. Daha da şaşırtıcı olanı, mühendisler fotonların dolanıklığını kesecek kadar fazla bozulma yarattığında, topolojik özelliğin sağlam kaldığı görüldü.

“Tıpkı bir dansçının kendine özgü hareketinin birden bire bir düet haline gelmesi ve dansçılar ayrıldığında bile sürmesi gibi,” diyor. Makalenin kıdemli yazarı, malzeme bilimi ve mühendisliği (MSE) profesörü ve aynı zamanda elektrikli ve sistem mühendisliğinde ikinci bir görevi bulunan Liang Feng. “Böyle dayanıklı desenlere bilgi kodlamayı öğrenirsek, bu çok daha güvenilir kuantum ağları için temel oluşturabilir.”

Bu illüstrasyon, tek bir foton üzerinde yerel olarak oluşturulan bir kuantum skyrmion’un topojik özelliklerinin, iki foton arasındaki dolanıklığa nasıl aktarılabileceğini gösteriyor; gelecekte daha dayanıklı kuantum ağlarının inşasında faydalı olabilecek bir özellik. Kaynak: Feng Grubu, Penn Engineering

Kuantum skyrmion’ların topojisi

Donut üzerindeki delik farklı olarak, bir kuantum skyrmion’un belirleyici topojik özelliği fiziksel şekli değil, ışığının polarize olma biçimindeki bir desendir.

“Işık, incelediğiniz yere göre farklı yönlerde salınır,” diyor Yale’de doktora sonrası araştırmacı, Feng’in laboratuvarı mezunu ve makalenin ilk yazarı Haoqi Zhao. “Tıpkı kafandaki saç bölgelerinin farklı yönlerde büyümesi gibi bir şey.”

Bir kuantum skyrmion’da bu varyasyonlar, sabit sayıda tüm olası polarize olma durumlarını kapsayan bir desen oluşturur. Desenin bireysel parçaları bozulduğunda bile bu sayı değişmez.

“Birinin saçındaki bir kıvrımı düşünün,” diyor Zhao. “Bireysel saç tellerini yerlerinden oynatabilirsiniz, ancak genel desen değişmez.”

Soldan sağa: Liang Feng, Haoqi Zhao, Yichi Zhang. Kaynak: Bella Ciervo, Penn Engineering

Kuantum skyrmion’lar için bir fabrika kurmak

Başka araştırmacıların önceki çalışmaları, bu tür desenlerin tek fotonlar üzerinden nasıl oluşturulacağını ve aynı zamanda dolanık fotonlar arasında paylaşılan skyrmion’ların nasıl elde edileceğini göstermişti.

Ancak hiçbir ekip, bir skyrmion’un topojik özelliklerini tek bir fotondan iki fotonun paylaştığı bir kuantum durumuna aktarma sürecini kanıtlamadı; geleceğin kuantum ağları için kritik öneme sahip olabilecek küçük, ölçeklenebilir çipler söz konusu olduğunda ise bu çok daha uzak bir hedef.

Çipin geliştirilmesine neredeyse yarım yıl süren teknik iyileştirmeler yön verdi; ekip, prototipleri Penn’in Singh Nanoteknoloji Merkezi’nde üretti.

“Tıpkı minyatür bir fabrika kurmaya benziyor,” diyor MSE alanında doktora öğrencisi ve makalenin ortak yazarlarından Yichi Zhang. “Çipin bir parçası dolanık fotonları üretiyor, bir başkası onları gitmeleri gereken yere yönlendiriyor, bir diğeri ise skyrmion desenini oluşturuyor. Karşılaşılan zorluk, tüm parçaların birlikte çalışmasını sağlamaktı.”

Çipin geliştirilmesine neredeyse yarım yıl süren teknik iyileştirmeler yön verdi; ekip prototipleri Penn’ın Singh Nanoteknoloji Merkezi’nde üretti. Kaynak: Penn Engineering

Beklentilerin dışında sonuçlar

Çalışır bir çip elde ettikten sonra araştırmacılar, istenmeyen arka plan ışığı da dahil olmak üzere, ürettikleri dolanık fotonlara giderek daha güçlü bozulmalar bilinçli olarak uyguladı.

Müdahale arttıkça, ölçümler kuantum durumunun bozulduğunu ve fotonların dolanıklığının sonunda kaybolduğunu gösterdi. Ancak skyrmion’u tanımlayan topolojik özellik sağlam kaldı; yalnızca çok daha güçlü bir bozulma altında çöktü.

“Önceki çalışmalar, bu yapıların dolanıklığa bağlı olduğunu öne sürüyordu,” diyor Zhao. “Bulgularımız, ilişkinin biz düşündükten daha karmaşık olduğunu gösteriyor.”

Yeni olanaklar, yeni sorular

Sonuçlar, gelecekteki kuantum ağlarında bilgiyi korumanın yeni yollarını önermenin ötesinde, topoloji ile kuantum dolanıklığı arasındaki temel ilişkiye dair da yeni bir ışık tuttu.

Dolanıklık kaybolduktan sonra bile, “kuantum uyumsuzluğu” olarak bilinen bir ölçümlerle ortaya çıkan belirli kuantum korelasyonları varlığını sürdürdü; bu da daha genel kuantum korelasyonları ile topoloji arasında daha geniş bir bağ olduğunu işaret ediyor.

“Bu desenlerin dolanıklık olmadan hayatta kalabildiğini gösterdik; bu da kuantum bilgi işlemede dolanıklığın ötesinde kuantum korelasyonlarının daha derin bir rolünü ortaya koyuyor,” diyor Feng. “Bu keşif, yalnızca kuantum fiziğine dair anlayışımızı derinleştirmekle kalmayıp, aynı zamanda kuantum bilgisini korumanın yeni yollarını geliştirmemize de yardımcı olabilir.”

Haoqi Zhao ve arkadaşları, Chip-mediated manipulation of photonic quantum skyrmions, Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03487-x

Dergi bilgileri:
Nature Physics

Konformasyon ve topoloji
Kuantum iletişimi, protokoller ve teknoloji
Kuantum korelasyonları, temeller ve formülasyon

Şu kaynak tarafından sağlandı:

Bu hikayenin arkasında kim var?

2021’den beri yükseköğretim ve sağlık içeriğinde deneyime sahip, İngilizce yüksek lisans. Güvenilir bilim haberlerine adanmış.

Tam profil →

Matematiksel biyoloji lisansı, yaratıcı yazılıyük lisans. Bilim ve dil üzerine benzersiz bakış açılarına sahip, geniş çapta seyahat etmiş.

Tam profil →

Atıf

:
Kuantum skyrmionları dolanıklıktan daha uzun ömürlü, daha dayanıklı ağlara işaret ediyor (2026, 30 Ekim)
30 Ekim 2026’da
https://phys.org/news/2026-10-quantum-skyrmions-outlast-entanglement-hinting.html adresinden alındı

Bu belge telif hakkına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan adil kullanış hariç, içerigin hiçbir kısmı yazılı izin olmadan çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.