Önce bir kuantum ağının klasiğinden farkı ne onu yazmak istiyorum.
Banka ve internet ortamında kullanılan RSA, e-posta şifrelemesinde kullanılan PGP vs. gibi umumi anahtar şifreleme sistemleri kuantum bilgisayarları tarafından kolaycana kırılabilecek. Ama bu özel anahtar şifreleme sistemleri için mümkün değil. Bunlarda (=tek kullanımlık şerit) iletideki her karakter rastgele yeni bir anahtar karakteriyle şifreleniyor. Ve eğer bu anahtar alıcıya da güvenle ulaştırılabilirse sonunda şifrelenmiş ileti alıcı tarafından çözülüyor. Tek sorun anahtarın karşı tarafa nasıl ulaştırılacağı. İşte tam burada kuantum anahtar dağıtımı (quantum key distribution) devreye giriyor ve Hilbert uzayındaki durumları kullanarak umumi bir kanaldan anahtar bilgisini iletmeye yarıyor. Bir ağdaki bağlantı noktaları aralarında k.a.d. yaparak veri iletimi sağlıyorsa, o ağ bir kuantum ağı.
K.a.d.'nın farklı protokolleri (BB84,Ekert 91,Bennett 92, SARG vs.) ve onların daha da farklı uygulamaları var (mesela fotonların kutuplanmalarının iki boyutlu bir Hilbert uzayı oluşturduğunu kullanılıyor). Aslında önemli olan nokta, birisi gizlice dinlemeye kalkıştığında -yani bir ölçüm yaptığında- anahtar bilgisini iletmekte kullanılan durumun tüm bilgisini elde edememesi*, hatta durumun değişmesi ve tarafların onun farkına varması. Şayet durum önce kopyalanıp sonra kopyası ölçülmeye çalışılıyor ise de, 'kuantum mekaniğinde klonlama yapılamaz' diye bir teorem mevcut (Wootters, W. K., and W. H. Zurek, 1982, Nature 299, 802–803). Durumun bilgisinin birazı çoğaltılabilir ama o da protokollerin hata payi kısımlarında olası iç çarpımlara bakılıp önemsizleştiriliyor....).
Yıldızı(*) bir daha toparlamaya çalışıyım: Ortogonal olmayan durumlarla anahtar bilgisi gönderiliyor, ölçüm yapıldığı zaman (Hilbert uzayının bir tabanında gözlenebilir köşegenleştiriliyor malum) ölçülen değer durumun ne olduğunu tam söylemiyor (Bir ölçümde -bkz. ölçüm- $\vert 0 >$ 0, $\vert 1 >$ 1 değerini versin,0 ölçünce durumun $\vert 0 >$ olduğunu sanabiliriz ama mesela $(\vert 0>+\vert 1>)/\sqrt{2}$ %50 olasılıkla da 0 değerini verebilir).
Temel olarak şuanda piyasada olup korsan fizikçiler tarafından kırılan (L. Lydersen et al., Nat. Photonics 4, 686 (2010), F. Xu, B. Qi, H.-K. Lo, N. J. Phys. 12, 113026
(2010).)kuantum ağları cihazların tasarımından kaynaklanıyor, üsteki temel prensiplerde/protokollerde sorun yok.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ha bi de şuana kadar neler olmuş, şuan neler olmakta, bulabildiklerimi ekleyim:
1989 yılında Bennett ile Brassard ilk kuantum kriptografi deneyini yaptı, ancak taa 1992'de yayımlanabildi.
C.H. Bennett, F. Besette, G. Brassard, L. Savail, J. Smolin (1992)
Avrupa Birliği tarafından yürütülen Altıncı Araştırma ve Teknolojik Geliştirme Çerçeve Programı kapsamında 2004-2008 arasında gerçekleştirilmiş olan Kuantum Kriptografisi temelli Güvenli İletişim (SECOQC) projesi.
Peev et. al. The SECOQC quantum key distribution network in Vienna
2001'de Cenevre Üniversitesi Uygulamalı Fizik bölümünden ayrılıp kendi firmasını (idQuantique) kuran bir PhD mezunu CERN'i de içeren İsviçre Kuantum Ağı projesini (www.swissquantum.com) yürütüyor. Ayrıca Cenevre Belediyesi'ne de seçim sistemi ağı kurmuş:)
Tokyo'da Toshiba vb. firmalar tarafından görüntülü konuşma, telefon ağ vs. için bir ağ geliştirildi.
M. Sasaki, et al.,"Field test of quantum key distribution in the Tokyo QKD Network,"Opt. Express 19 (11), pp10387--10409 (2011)
Münih Üniversitesi ve Alman Havauzay Merkezi tarafından 290km/h hızındaki uçakla kuantum anahtar dağıtımını sağladı.Air-to-ground quantum communication Nature Photonics 7, 382 (2013)
Avrupa Uzay Ajansı'nın 2002-3 arası Uzayda Kuantum İletişimi(QSpace), 2004 'Bir kuantum iletişim vericisinin optik terminale uyarlanması'(ACCOM, 2005-7 Kuantum iletişiminin deneysel değerlendirilişi (QIPS, meşhur La Palma-Teneriffe deneyini içeriyor: T. Schmitt-Manderbach, Phys. Rev. Lett. 98, 010504 (2007)) projeleri
Tabiki Los Alamos Laboratuvarı'nın kuantum ağı arXiv:1305.0305
Ama en günceli İtalyanların Matera Lazer Hizalama Gözlemevi ile uzaydaki uyduları arasında yaptıkları şu deney: DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.040502
2016'da Çin bu amaca adadığı uydusunu fırlatacak (Zeilinger'i bile kendileriyle çalışmaya ikna edebildiler) H. Xin, Science 332, 904 (2011).