Kuantum Atımlarından Topolojik Korumaya: Hata Toleranslı Kuantum Hesaplama İçin NV Merkezleri, Weyl Arayüzleri ve Majorana Kübitlerini Bütünleştiren Stratum Tabanlı Karma Mimari Mehmet Keçeci Orcid: https://orcid.org/0000-0001-9937-9839 Özet/Abstract: Kuantum hesaplama teknolojilerinin ölçeklenebilir ve hata toleranslı sistemlere dönüşebilmesi, yalnızca yüksek koherens sürelerine sahip kübitlerin geliştirilmesini değil, aynı zamanda farklı fiziksel platformların ortak bir mimari çerçevede bütünleştirilmesini de gerektirmektedir. Bu çalışma, elmas içerisindeki azot-boşluk (Nitrogen-Vacancy, NV) merkezlerinin sağladığı hassas kuantum durum kontrolünü, Weyl yarı-metallerinin topolojik arayüz özelliklerini ve Majorana sıfır modlarının sunduğu doğal hata korumasını bir araya getiren Stratum tabanlı hibrit bir kuantum hesaplama mimarisi önermektedir. Çalışmanın temel amacı, kuantum atımlarından (quantum beats) elde edilen yüksek doğruluklu spin manipülasyon mekanizmalarının, topolojik olarak korunan bilgi işleme katmanları ile bütünleştirilerek yeni nesil hata toleranslı kuantum sistemlerinin teorik temelini ortaya koymaktır. Önerilen yaklaşımda Stratum Modeli, kuantum mimarisini oluşturan her fiziksel, işlevsel ve topolojik bileşeni bağımsız fakat etkileşimli katmanlar olarak ele almaktadır. NV merkezleri, kuantum durum hazırlama, hassas ölçüm, kuantum bellek ve kuantum ağ düğümleri gibi görevleri yerine getiren kontrol ve algılama katmanlarını temsil ederken, kuantum atımları bu katmanlarda gerçekleşen spin süperpozisyonlarının dinamik karakterizasyonunu sağlamaktadır. Buna karşılık Weyl arayüzleri, farklı topolojik fazlar arasındaki geçişleri yöneten ve kuantum bilgi taşıyıcılarının korunmuş biçimde aktarılmasına olanak veren arayüz katmanları olarak modellenmektedir. Majorana kübitleri ise sistemin üst düzey topolojik işlem katmanını oluşturarak yerel olmayan bilgi kodlaması sayesinde çevresel gürültü ve dekoherens etkilerine karşı doğal bir dayanıklılık sunmaktadır. Mimarideki katmanlar arasındaki ilişkiler yalnızca fiziksel bağlantılarla değil, aynı zamanda topolojik değişmezler, bağlanabilirlik yapıları, hata yayılım yolları ve kuantum bilgi akışları üzerinden tanımlanmaktadır. Bu bağlamda Stratum yaklaşımı, klasik uzaysal boyut tanımlarının ötesine geçerek katman çeşitliliğini, topolojik korumayı, kübit heterojenliğini ve üretim kusurlarını ortak bir analitik çerçevede değerlendirmektedir. Ayrıca model, kusurlu veya bozunmuş katmanların izole edilmesine, kritik topolojik bölgelerin korunmasına ve sistem düzeyinde hata etkilerinin azaltılmasına yönelik yeni tasarım stratejileri sunmaktadır. Çalışma sonucunda, NV merkezlerinin sağladığı hassas kuantum kontrol yetenekleri ile Majorana tabanlı topolojik korumanın bir araya getirilmesinin, kuantum hesaplama performansını artırabilecek güçlü bir sinerji oluşturduğu gösterilmektedir. Weyl arayüzlerinin ise bu iki platform arasında fiziksel ve topolojik bir köprü görevi üstlenebileceği öne sürülmektedir. Böylece Stratum tabanlı hibrit mimari, kuantum algılamadan dağıtık kuantum ağlarına, topolojik kuantum işlemcilerden hata toleranslı kuantum bilgisayarlara kadar geniş bir uygulama alanı için bütünleşik bir tasarım paradigması sunmaktadır. Anahtar Kelimeler/Keywords: Kuantum Hesaplama, Stratum Modeli, NV Merkezleri, Azot-Boşluk Merkezleri, Kuantum Atımları, Weyl Arayüzleri, Weyl Yarı-Metalleri, WSM, Majorana Kübitleri, Majorana Sıfır Modları, MZM, Topolojik Kuantum Hesaplama, Topolojik Koruma, Hibrit Kuantum Mimarileri, Topolojik Değişmezler, Non-Abelian Örgüleme, Hata Toleranslı Kuantum Sistemleri, Kuantum Bellek, Kuantum Ağları, Kuantum Bilgi İşleme, Ölçeklenebilir Kuantum Mimarileri, Heteroyapılar, Topolojik Faz Geçişleri, Kuantum Koherensi, Hata Düzeltme, Kuantum Malzeme Mühendisliği.
Kuantum Atımlarından Topolojik Korumaya: Hata Toleranslı Kuantum Hesaplama İçin NV Merkezleri, Weyl Arayüzleri ve Majorana Kübitlerini Bütünleştiren Stratum Tabanlı Karma Mimari Mehmet Keçeci Orcid: https://orcid.org/0000-0001-9937-9839 Özet/Abstract: Kuantum hesaplama teknolojilerinin ölçeklenebilir ve hata toleranslı sistemlere dönüşebilmesi, yalnızca yüksek koherens sürelerine sahip kübitlerin geliştirilmesini değil, aynı zamanda farklı fiziksel platformların ortak bir mimari çerçevede bütünleştirilmesini de gerektirmektedir. Bu çalışma, elmas içerisindeki azot-boşluk (Nitrogen-Vacancy, NV) merkezlerinin sağladığı hassas kuantum durum kontrolünü, Weyl yarı-metallerinin topolojik arayüz özelliklerini ve Majorana sıfır modlarının sunduğu doğal hata korumasını bir araya getiren Stratum tabanlı hibrit bir kuantum hesaplama mimarisi önermektedir. Çalışmanın temel amacı, kuantum atımlarından (quantum beats) elde edilen yüksek doğruluklu spin manipülasyon mekanizmalarının, topolojik olarak korunan bilgi işleme katmanları ile bütünleştirilerek yeni nesil hata toleranslı kuantum sistemlerinin teorik temelini ortaya koymaktır. Önerilen yaklaşımda Stratum Modeli, kuantum mimarisini oluşturan her fiziksel, işlevsel ve topolojik bileşeni bağımsız fakat etkileşimli katmanlar olarak ele almaktadır. NV merkezleri, kuantum durum hazırlama, hassas ölçüm, kuantum bellek ve kuantum ağ düğümleri gibi görevleri yerine getiren kontrol ve algılama katmanlarını temsil ederken, kuantum atımları bu katmanlarda gerçekleşen spin süperpozisyonlarının dinamik karakterizasyonunu sağlamaktadır. Buna karşılık Weyl arayüzleri, farklı topolojik fazlar arasındaki geçişleri yöneten ve kuantum bilgi taşıyıcılarının korunmuş biçimde aktarılmasına olanak veren arayüz katmanları olarak modellenmektedir. Majorana kübitleri ise sistemin üst düzey topolojik işlem katmanını oluşturarak yerel olmayan bilgi kodlaması sayesinde çevresel gürültü ve dekoherens etkilerine karşı doğal bir dayanıklılık sunmaktadır. Mimarideki katmanlar arasındaki ilişkiler yalnızca fiziksel bağlantılarla değil, aynı zamanda topolojik değişmezler, bağlanabilirlik yapıları, hata yayılım yolları ve kuantum bilgi akışları üzerinden tanımlanmaktadır. Bu bağlamda Stratum yaklaşımı, klasik uzaysal boyut tanımlarının ötesine geçerek katman çeşitliliğini, topolojik korumayı, kübit heterojenliğini ve üretim kusurlarını ortak bir analitik çerçevede değerlendirmektedir. Ayrıca model, kusurlu veya bozunmuş katmanların izole edilmesine, kritik topolojik bölgelerin korunmasına ve sistem düzeyinde hata etkilerinin azaltılmasına yönelik yeni tasarım stratejileri sunmaktadır. Çalışma sonucunda, NV merkezlerinin sağladığı hassas kuantum kontrol yetenekleri ile Majorana tabanlı topolojik korumanın bir araya getirilmesinin, kuantum hesaplama performansını artırabilecek güçlü bir sinerji oluşturduğu gösterilmektedir. Weyl arayüzlerinin ise bu iki platform arasında fiziksel ve topolojik bir köprü görevi üstlenebileceği öne sürülmektedir. Böylece Stratum tabanlı hibrit mimari, kuantum algılamadan dağıtık kuantum ağlarına, topolojik kuantum işlemcilerden hata toleranslı kuantum bilgisayarlara kadar geniş bir uygulama alanı için bütünleşik bir tasarım paradigması sunmaktadır. Anahtar Kelimeler/Keywords: Kuantum Hesaplama, Stratum Modeli, NV Merkezleri, Azot-Boşluk Merkezleri, Kuantum Atımları, Weyl Arayüzleri, Weyl Yarı-Metalleri, WSM, Majorana Kübitleri, Majorana Sıfır Modları, MZM, Topolojik Kuantum Hesaplama, Topolojik Koruma, Hibrit Kuantum Mimarileri, Topolojik Değişmezler, Non-Abelian Örgüleme, Hata Toleranslı Kuantum Sistemleri, Kuantum Bellek, Kuantum Ağları, Kuantum Bilgi İşleme, Ölçeklenebilir Kuantum Mimarileri, Heteroyapılar, Topolojik Faz Geçişleri, Kuantum Koherensi, Hata Düzeltme, Kuantum Malzeme Mühendisliği.
Kesirli Kuantum Dinamiği Altında Stratum Mimarisi: NV-Weyl-Majorana Karma Sistemlerinde Topolojik Koruma, Kuantum Hata Düzeltme ve Işınlanma Mehmet Keçeci Orcid: https://orcid.org/0000-0001-9937-9839 Özet/Abstract: Bu çalışmada, önceki çalışmamızda önerilen Stratum tabanlı karma (hibrit) kuantum mimarisi modelinin kesirli kuantum dinamiği altında genişletilmiş kapsamlı bir analizi sunulmaktadır. Stratum Modeli, elmastaki nitrojen-boşluk (NV) merkezlerini kontrol ve algılama katmanı, Weyl yarımetal arayüzlerini topolojik geçiş ve bilgi aktarım katmanı, Majorana sıfır modlarını ise içsel hata dirençliliği sağlayan topolojik hesaplama katmanı olarak tanımlayan üç katmanlı bir hiyerarşi önerir. Ancak bu mimarinin pratik uygulanabilirliği, katmanlar arası etkileşimlerin zaman içindeki sürecine doğrudan bağlıdır. Geleneksel analizlerde açık kuantum sistemleri Markovian (hafızasız) varsayımla modellenirken, gerçek NV merkezleri — özellikle yüzeye yakın olanlar — çevreleriyle güçlü hafıza etkili (non-Markovian) etkileşimler sergiler. Bu tür sistemlerin zaman süreci kesirli diferansiyel denklemler tarafından yönetilir ve çözümler Mittag-Leffler fonksiyonu E_{α,1}(−(t/τ)^α) cinsinden ifade edilir. Bu çalışmanın temel motivasyonu, üç katmanın tümünün tek bir kesirli parametre α tarafından eşzamanlı olarak kontrol edilebileceğini niceliksel olarak göstermektir. Bu hipotezi test etmek için beş bağımsız hesaplamalı adım gerçekleştirilmiştir: (i) NV spin-eko deneylerinden α parametresinin çıkarılması için deneysel doğrulama protokolü ve Akaike bilgi kriteri tabanlı model seçimi; (ii) kesirli gürültü altında yüzey kodunun hata toleransı eşiğinin yeniden hesaplanması; (iii) üç katmanlı Stratum mimarisine kesirli dinamik entegrasyonu; (iv) kesirli Landau-Zener geçişlerinde diabatik olasılıkların nicelendirilmesi; (v) NV→Weyl→Majorana zinciri üzerinden uçtan uca kuantum ışınlama sadakatinin hesaplanması. Sonuçlar, kesirli dinamiğin iki zıt zaman rejiminde farklı davrandığını ortaya koymaktadır. Kısa zaman ölçeğinde (t < τ), Markovian varsayım (α ≈ 1) genellikle daha iyi performans verir çünkü (t/τ)^α > (t/τ) eşitsizliği küçük α için başlangıçta daha hızlı bozunmaya yol açar. Ancak uzun zaman ölçeğinde (t ≫ τ), α < 1 için kuvvet yasası kuyruğu üstel bozunmaya göre çok daha yavaştır: t = 100τ anında α = 0.3 için NV ve Weyl katmanları α = 1'e göre 4.5 × 10⁴² kat, Majorana katmanı ise 1.0 × 10²¹ kat daha iyi koruma sergiler. Geçiş noktası t ≈ τ olup, bu, hızlı kuantum kapılar için α ≈ 1 ve uzun kuantum bellek/ışınlama protokolleri için α < 0.5 önerilmesini gerektirir. Ek olarak, α = 0.3 için yüzey kodu eşiği p_c'nin %1'den %3.16'ya yükseldiği (3.16× iyileşme) ve aynı hata toleransı için yaklaşık üç kat daha az fiziksel kübit gerektiği gösterilmiştir. Kesirli Landau-Zener geçişlerinde diabatik olasılık, v = 0.1 süpürme hızında α = 0.3 için 0.882, α = 1.0 için ise 0.534 olarak hesaplanmıştır. Kuasipartikül zehirlenme oranının α < 1 için γ_QP(t) ∝ t^(α−1) biçiminde azalması, hafıza etkisinin gürültü kaynağını da sürekli bastırdığını ortaya koymaktadır. Bu sonuçlar, kesirli dinamiğin Stratum mimarisinin uzun ömürlü protokolleri için zorunlu bir bileşen olduğunu ancak kısa kuantum kapıları için Markovian varsayımın yeterli olduğunu niceliksel olarak kanıtlamaktadır. Anahtar Kelimeler/Keywords: Kesirli kuantum dinamiği, Stratum mimarisi, NV merkezi, Weyl arayüzü, Majorana kübiti, Mittag-Leffler fonksiyonu, topolojik koruma, yüzey kodu, kuantum ışınlama, Landau-Zener, mlfp. Stratum Architecture Under Fractional Quantum Dynamics:Topological Protection, Quantum Error Correction and Teleportation in NV-Weyl-Majorana Hybrid Systems Abstract: In this study, a comprehensive extended analysis of the Stratum-based hybrid quantum architecture model proposed in our previous work is presented under fractional quantum dynamics. The Stratum Model proposes a three-layer hierarchy consisting of nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond as the control and sensing layer, Weyl semimetal interfaces as the topological transition and information transfer layer, and Majorana zero modes as the topological computation layer providing intrinsic error resilience. However, the practical applicability of this architecture is directly dependent on how inter-layer interactions evolve in time. While conventional analyses model open quantum systems with the Markovian (memoryless) assumption, real NV centers — especially those near surfaces — exhibit strong memory-affected (non-Markovian) interactions with their environments. The time process of such systems is governed by fractional differential equations, and the solutions are expressed in terms of the Mittag-Leffler function E_{α,1}(−(t/τ)^α). The primary motivation of this work is to quantitatively demonstrate that all three layers can be controlled simultaneously by a single fractional parameter α. To test this hypothesis, five independent computational steps were performed: (i) an experimental validation protocol for extracting α from NV spin-echo experiments and Akaike information criterion-based model selection; (ii) recomputation of the surface code error tolerance threshold under fractional noise; (iii) integration of fractional dynamics into the three-layer Stratum architecture; (iv) quantification of diabatic probabilities in fractional Landau-Zener transitions; (v) calculation of end-to-end quantum teleportation fidelity across the NV→Weyl→Majorana chain. The results reveal that fractional dynamics behave differently in two opposing time regimes. At short timescales (t < τ), the Markovian assumption (α ≈ 1) generally yields better performance because the inequality (t/τ)^α > (t/τ) leads to faster initial decay for small α. However, at long timescales (t ≫ τ), the power-law tail for α < 1 is much slower than exponential decay: at t = 100τ, the NV and Weyl layers exhibit 4.5 × 10⁴² times better protection for α = 0.3 compared to α = 1, while the Majorana layer shows 1.0 × 10²¹ times better. The crossover point is t ≈ τ, implying that α ≈ 1 is recommended for fast quantum gates and α < 0.5 for long quantum memory/teleportation protocols. Furthermore, the surface code threshold p_c was shown to increase from 1% to 3.16% for α = 0.3 (3.16× improvement), requiring approximately three times fewer physical qubits for the same error tolerance. In fractional Landau-Zener transitions, the diabatic probability at sweep rate v = 0.1 was calculated as 0.882 for α = 0.3 vs 0.534 for α = 1.0. The quasiparticle poisoning rate decreasing as γ_QP(t) ∝ t^(α−1) for α < 1 demonstrates that the memory effect also continuously suppresses the noise source. These results quantitatively demonstrate that fractional dynamics are an essential component for long-lived protocols in the Stratum architecture, while the Markovian assumption is sufficient for short quantum gates. Keywords: Fractional quantum dynamics, Stratum architecture, NV center, Weyl interface, Majorana qubit, Mittag-Leffler function, topological protection, surface code, quantum teleportation, Landau-Zener, mlfp.
Kuantum Hesaplamada Uzay Dolduran Eğriler: Moleküler Simülasyonlardan Hata Düzeltmeye Mehmet Keçeci ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9937-9839 Received: 20.03.2026 Özet/Abstract: Bu çalışma, uzay dolduran eğrilerin (UDE: Space-Filling Curves - SFC) kuantum hesaplama alanındaki çok yönlü uygulamalarını kapsamlı bir şekilde incelemektedir. Kuantum bilgisayarların artan karmaşıklığı, yüksek boyutlu durum uzaylarında etkin veri yapılarına olan ihtiyacı artırmaktadır. SFC'ler, yüksek boyutlu uzayları tek boyutlu bir eğri ile doldurarak mekansal lokaliteyi koruyan bir dönüşüm sağlar. Bu özellik, kuantum sistemlerinde benzer durumların birbirine yakın indekslenmesini mümkün kılarak arama, optimizasyon ve simülasyon problemlerinde önemli avantajlar sunmaktadır. Araştırmamız beş ana uygulama alanını kapsamaktadır: (i) kuantum ağ yönlendirme, (ii) kuantum rastgele yürüyüş, (iii) Hamiltoniyen simülasyonu, (iv) kuantum hata azaltma ve (v) kuantum veri sıkıştırma. İlk uygulamada, Morton eğrisi tabanlı yönlendirme protokolü ile kuantum ağlarda EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) pair fidelity'si geleneksel yöntemlere göre %35 oranında iyileştirilmiştir. İkinci uygulamada, SFC sıralı durum uzayında gerçekleştirilen kuantum rastgele yürüyüş, klasik rastgele yürüyüşe kıyasla karesel hızlanma (quadratic speedup) göstermiştir. Hamiltoniyen simülasyonlarında, sıkı bağ modeli (tight-binding model) kullanılarak SFC tabanlı bant yapısı hesaplamaları geleneksel yöntemlere göre O(N²)'den O(N log N)'e düşürülmüştür. Hata azaltma uygulamasında, SFC desen tanıma ile gürültülü kuantum durumlarının fidelity'si %50'den %85'e yükseltilmiştir. Son olarak, kuantum durum sıkıştırmada SFC tabanlı dönüşüm ile %70 sıkıştırma oranına ulaşılırken fidelity kaybı %0.1'in altında tutulmuştur. Bu çalışmanın temel katkıları şunlardır: (1) SFC'lerin kuantum algoritmalarına entegrasyonu için teorik çerçeve, (2) beş farklı uygulama alanında deneysel doğrulama, (3) klasik ve kuantum yöntemler arasında kapsamlı performans karşılaştırması, (4) hibrit klasik-kuantum sistemler için optimizasyon stratejileri. Sonuçlar, SFC tabanlı yaklaşımların kuantum hesaplamada hesaplama karmaşıklığını azalttığını, bellek verimliliğini artırdığını ve hata dayanıklılığını iyileştirdiğini göstermektedir. Gelecek çalışmalar, SFC'lerin kuantum donanım düzeyinde uygulanması ve makine öğrenmesi ile entegrasyonuna odaklanacaktır. Anahtar Kelimeler/Keywords: Uzay dolduran eğriler, UDE, SFC, kuantum hesaplama, Hilbert eğrisi, Morton eğrisi, gray, kuantum hata düzeltme, VQE optimizasyonu, Moleküler simülasyon, Kuantum ağ yönlendirme, Hamiltoniyen simülasyonu, Kuantum veri sıkıştırma.
Kare Kafes t-J Modelinden Topolojik Majorana Modlarına: Güçlü Korelasyonlu Elektron Sistemlerinde Spin-Yük Ayrışmasının Kuantum Örgü Simülasyonu Mehmet Keçeci Orcid: https://orcid.org/0000-0001-9937-9839 Özet/Abstract: Güçlü korelasyonlu elektron sistemlerinin analitik ve nümerik simülasyonu, modern yoğun madde fiziğinin en zorlu problemlerinden biridir. Bu çalışmada, yüksek sıcaklık kuprat süperiletkenlerinin mikroskobik tabanını oluşturan iki boyutlu (2B) kare kafes t-J modeli, Slave-Boson (Köle-Bozon) formalizmi çerçevesinde incelenmiştir. Elektronun spin ve yük serbestlik derecelerinin holon ve spinon olarak iki hayali kuantum parçacığına ayrışması (spin-yük ayrışması) analitik olarak türetilmiş; bu mekanizmanın Açı Çözümlü Fotoemisyon Spektroskopisinde (ARPES) oluşturduğu "Fermi Yayları" (Fermi Arcs) anomalisi ve Van Hove tekilliklerindeki efektif kütle (m*) ıraksamaları modellenmiştir. Ayrıca, Dirac fermiyon operatörlerinin blok-köşegen uniter dönüşüm matrisleri vasıtasıyla Majorana modlarına parçalanışı sembolik cebirle ispatlanmıştır. Elde edilen Majorana-Hubbard Hamiltonyeni, Qiskit gürültüsüz zaman süreç simülatöründe Trotterizasyon şemasıyla koşturulmuş; kuantum bilgi teorisi açısından sistemin uniter süreç altındaki saflığı Von Neumann entropisi (S(ρ) = 0.0000) ile tescillenmiştir. Bulgularımız, Majorana tabanlı topolojik kubitlerin, Fermi-Hubbard modelinin kapı yükünü O(1) seviyesine indirgeyerek kuantum avantajı sağladığını ortaya koymaktadır. Anahtar Kelimeler/Keywords: Fermi-Hubbard Modeli, t-J Formalizmi, Slave-Boson Yaklaşımı, Fermi Yayları, Fermi Arcs, Efektif Kütle Iraksaması, Topolojik Majorana Modları, Kuantum Örgü Simülasyonu, Von Neumann Entropisi, ARPES, SX-ARPES.
Kuantum bilgisayarları atom ve atom altı parçacıkların davranışlarından yararlanılarak laboratuvar ortamında geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu bilgisayarlar kübit adlandırılan iki seviyeli kuantum mekaniksel sistemleri bilgi depolama ve temel işlem birimi olarak kullanmaktadır. Klasik bitlere göre mümkün olmayan aynı anda iki durumu birden sergileyebilme kübitler için mümkündür ve bu durum hesaplamalarda kullanılabilmektedir. Bu özellik kuantum bilgisayarlara üstün işlem yeteneği kazandırmaktadır. Klonlanamama kübitlerin kopyasının alınmasını engellemekte ve kuantum bilgisayarların doğasına veri güvenliğini katmaktadır. Farklı yeteneklere sahip bu bilgisayarların kullanılabilmesi için programlanması ve neler yapması gerektiği söylenmelidir. Tezimde kuantum bilgisayarların üstün işlem yeteneklerinin kullanılmasına, mevcut kuantum algoritmalarının yazılmasına imkan sağlayan yeni bir kuantum programlama dili geliştirilmiştir.
Kuantum anahtar dağıtımı (KAD) kuantum mekaniğinin temel yasalarına dayalı güvenli bilgi teknolojileri kapsamında önerilmiş birçok uygulama arasında pratik kullanıma en yakın olanıdır. KAD iki kullanıcı arasında güvenli bilgi paylaşımı için kullanılan anahtarın üretilmesini ve dağıtılmasını sağlar. KAD sistemlerinin çalışma prensibinin ve sağladığı güvenliğin temelinde anahtarın tek fotonlar üzerinden kullanıcılar arasında dağıtılması vardır. Bu sebeple, verimli tek foton kaynakları KAD sistemleri için kritik öneme sahiptir. Literatürde farklı tek-foton kaynakları ile KAD gösterimleri mevcuttur ancak elde edilen anahtar üretim oranları ve güvenlik seviyeleri tek-foton kaynaklarının performanslarından kaynaklanan sebeplerle istenilen değerlere ulaşamamıştır. Bu sebeple, özellikle oda sıcaklığında ışıyan verimli tek-foton kaynaklarına yönelik araştırmalar yoğun bir şekilde devam etmektedir. Bu projede alternatif olarak son zamanlarda popüler olan altigen bor nitrür (hBN) içerisindeki kusur merkezleri KAD için tek-foton kaynağı olarak çalışıldı. HBN bilinen diğer iki boyutlu malzemelerden farklı olarak sahip olduğu geniş bant aralığı sayesinde (~5.5 eV) farklı enerji değerlerine sahip kusur merkezleri barındırır. Böylece, mor-ötesinden görünür bölgeye kadar olan geniş bir spektrumda tek-foton ışıması elde edilebilir. Ayrıca, hBN kusur merkezlerinden elde edilen tek-foton ışımasını 800 K gibi çok yüksek sıcaklıklarda da gözlemlemek mümkündür. Bütün bu özellikleri nedeniyle hBN malzemesinin kuantum bilgi teknolojileri, metroloji ve sensör teknolojileri gibi farklı alanlarda ve farklı ortam koşullarında kullanılabileceği düşünülmektedir. Bu proje kapsamında hBN içerisindeki kusur merkezlerinden elde edilen sıfır-fonon çizgisi (ZPL) ışımasının kuantum optik özelliklerinin incelendi ve bu yapılar ile ilk defa B92 protokolüne dayalı açık-hava KAD gösterimi yapıldı.
Bu proje, kuantum mekaniğinin görünüşte sezgisel olmayan sonuçlarını daha anlaşılabilir, nedensel ve kavramsal olarak birleşik bir çerçeve içinde açıklamayı amaçlayan teorik bir çalışmadır. KZSK, bazen "sorgulamayın, sadece hesaplayın" şeklinde özetlenen yaklaşımı, "sorgulayın, mekanizmayı ortaya çıkarın ve anlamlandırın" yaklaşımına dönüştürmeyi amaçlamaktadır. Kuantum fenomenlerini birbirinden kopuk gizemler olarak bırakmak yerine, onları ortak bir biçimlendirici mantık ve tutarlı bir fiziksel ortaya çıkış süreci altında bir araya getirmeye çalışır. Bu şekilde KZSK, "kuantum mekaniği çalışıyor, ancak neden bu şekilde çalıştığını tam olarak anlamıyoruz" fikrini olabildiğince azaltmayı hedeflemektedir. Bu bakış açısından, KZSK yalnızca kuantum mekaniğinin bir yorumu olarak değil, kuantum davranışının neden ortaya çıktığını açıklamayı amaçlayan bir oluşum mimarisi olarak tasarlanmıştır . Bu mimari üç temel aşamaya dayanmaktadır: 1. Zamansız Kök Gerçeklik: Fiziksel uzay-zamanın öncesinde var olan biçimlendirici temel ve ilişkisel düzen. 2. Kuantum Ara Formu: Zamansız yapı ile zamansal fiziksel süreçler arasındaki geçiş seviyesi olup, faz, ardışıklık ve mikro-zamansal değişimlerin ortaya çıkmaya başladığı aşamadır. 3. Fiziksel Uzay-Zaman: Yerel etkileşimlerin, ölçümlerin ve fiziksel kayıtların ortaya çıktığı klasik düzey. Bu yapı içinde dalgalar, parçacıklar, ölçüm ve dolanıklık, bağımsız kuantum gizemleri olarak değil, aynı temel oluşum sürecinin farklı aşamaları ve tezahürleri olarak ele alınır . KZSK ayrıca, kuantum mekaniğinin görünürdeki olasılıksal davranışının altında daha temel bir deterministik sürecin yatabileceği hipotezini de araştırıyor . Amaç, bu çerçeveyi salt felsefi bir yorumun ötesine taşıyarak, matematiksel olarak formüle edilebilen, daha da geliştirilebilen ve deneysel olarak test edilebilen bir fiziksel model adayı haline getirmektir. KZSK henüz doğrulanmış bir fiziksel teori değildir. Fiziksel geçerliliği, daha fazla matematiksel geliştirme, mevcut deneylerle nicel karşılaştırma, bağımsız araştırma ve deneysel testler yoluyla değerlendirilmelidir.