Bu cam çip kuantum güvenliğini baştan yazıyor! İşte detaylar

Kuantum teknolojilerinin hızla geliştiği günümüzde, güvenlik alanında yaşanan yenilikler dikkat çekiyor. Padua Üniversitesi'nin önderliğinde, Milano Politeknik Üniversitesi ve CNR Fotonik ve Nanoteknolojiler Enstitüsü'nün katkılarıyla geliştirilen cam çip, kuantum güvenlik kavramına yeni bir boyut kazandırdı. Araştırmacılar, sıradan borosilikat camı femtosaniye lazer teknolojisiyle işleyerek, kuantum iletişim sistemlerinde kullanılabilecek yüksek performanslı ve güvenilir bir çip üretmeyi başardı. Bu yenilikçi cihaz, hem düşük optik kayıpları hem de uzun vadeli stabilitesiyle dikkat çekerken, mevcut fiber optik altyapılarla da tam uyum sağlıyor. Kuantum güvenlik alanında yeni bir dönemin kapılarını aralayan bu gelişme, özellikle pratik uygulamalar için önemli bir adım olarak değerlendiriliyor.

Kuantum güvenlikte cam çipin yükselişi

Kuantum bilgisayarların gelişimiyle birlikte, klasik şifreleme yöntemlerinin yakın gelecekte yetersiz kalacağı öngörülüyor. Kuantum kriptografisi ise, güvenliği matematiksel modellere değil, doğrudan doğanın fiziksel yasalarına dayandırarak bambaşka bir yaklaşım sunuyor. Ancak bu teknolojinin laboratuvar ortamından çıkıp günlük yaşama entegre olabilmesi için, ışıkla taşınan son derece hassas kuantum sinyallerini okuyabilecek küçük ve güvenilir cihazlara ihtiyaç duyuluyor. İşte bu noktada, Padua Üniversitesi ve ortakları tarafından geliştirilen cam çip devreye giriyor. Femtosaniye lazerle doğrudan camın içine yazılan optik devreler, düşük kayıpla ve yüksek stabiliteyle çalışarak, kuantum güvenlik uygulamalarında önemli avantajlar sağlıyor. Camın doğal olarak polarizasyona duyarsız olması ve zamanla stabilitesini koruması, bu tür cihazların uzun ömürlü ve güvenilir olmasını mümkün kılıyor.

Femtosaniye lazerle yazılan çipin teknik özellikleri

Geliştirilen cam çipin en dikkat çekici özelliği, femtosaniye lazer mikromakineleme yöntemiyle doğrudan borosilikat camın içerisine optik devrelerin yazılması. Bu sayede, klasik yarı iletken üretim süreçlerinde karşılaşılan pek çok zorluk ortadan kaldırılıyor. Çipin içinde sabit ve ayarlanabilir ışın bölücüler, termo-optik faz kaydırıcılar, üç boyutlu dalga kılavuzu kesişimleri ve polarizasyona bağımsız yönlendirme bağlayıcıları yer alıyor. Bu bileşenler, kuantum sinyali ile referans ışınının kontrollü şekilde etkileşmesini ve iki konjugat kuadratin aynı anda ölçülmesini sağlıyor. Cihaz, yaklaşık 1 dB gibi son derece düşük bir ekleme kaybı sunarken, polarizasyona bağımsız çalışabilmesiyle de öne çıkıyor. Ayrıca, 73 dB'nin üzerinde ortak mod reddetme oranı ile klasik gürültüyü etkili biçimde bastırabiliyor. Çipin en az 8 saat boyunca yüksek sinyal-gürültü stabilitesiyle çalışabilmesi, uzun süreli uygulamalar için büyük bir avantaj olarak görülüyor. Tüm bu teknik özellikler, cam çipin kuantum güvenlik alanında silikon tabanlı benzerlerine kıyasla daha üstün performans sergilemesini sağlıyor.

Çipte iki temel kuantum güvenlik uygulaması

Cam çipin sunduğu düşük optik kayıp, elektriksel ayarlanabilirlik ve uzun vadeli stabilite, cihazın fiziksel bir değişikliğe gerek kalmadan birden fazla kuantum iletişim işlevini yerine getirmesine olanak tanıyor. Heterodin dedektör olarak kullanıldığında, çip kaynak-cihaz-bağımsız kuantum rastgele sayı üretimi (QRNG) işlevini başarıyla yerine getiriyor. Bu yöntem, gelen optik sinyalin güvenilir olmadığı durumlarda bile sistemin güvenliğini sağlıyor. Güçlü gürültü bastırma ve son derece stabil kuadratik ölçümler sayesinde, cam çip 42,7 Gbit/s hızında güvenli rastgele sayılar üreterek bu alanda rekor kırdı. Aynı donanım, bilginin dört durumlu kuantum takımyıldızı ile kodlandığı QPSK tabanlı sürekli değişkenli kuantum anahtar dağıtımı (CV-QKD) protokolünde de kullanıldı. Simüle edilen 9,3 kilometrelik fiber bağlantı üzerinde yapılan testlerde, sistem 3,2 Mbit/s gizli anahtar hızı elde etti. Bu sonuçlar, cam tabanlı fotonik arayüzlerin, silikon tabanlı platformların kısıtlamalarından kurtularak en güncel kuantum güvenlik performansını sunabileceğini gösteriyor.