گامی بزرگ برای دستیابی به “اینترنت کوانتومی”

دانشمندان موفق شدند دو حافظه کوانتومی را به طول ۵۰ کیلومتر در کابل‌های فیبر نوری درهم‌تنیده کنند. این امر می‌تواند گام بزرگی در رسیدن به اینترنت کوانتومی فوق‌العاده امن و سریع باشد.

quantum distance

ارتباطات کوانتومی برپایه درهم‌تنیدگی کوانتومی استوار است؛ جایی که دو ذره به طرز جالبی به یکدیگر پیوند خورده و به هم وابسته می‌شوند، حتی اگر هزاران کیلومتر از هم فاصله داشته باشند. حافظه کوانتومی، معادلِ کوانتومیِ حافظه رایانش کلاسیک است؛ یعنی قابلیت ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی و حفظ آنها برای زمانی دیگر. و اگر قرار باشد به مرحله‌ای برسیم که طی آن، رایانه‌های کوانتومی مفید و عمَلی باشند، باید تلاش خود را برای راه‎اندازی این حافظه انجام دهیم.

محقق و رهبر تیم «جیان وی پن» از دانشگاه علم و فناوری چین در گفتگو با Australian Broadcasting Corporation گفت: «اهمیت این مقاله در این است که فاصله درهم‌تنیدگی را میان حافظه‌های کوانتومی گسترش دهد. در رابطه با درهم‌تنیدگی ذرات نور باید به این نکته اشاره کرد که ما موفق به انجام آن در فضای خالی و فیبرهای نوری شده‌ایم، اما افزودن حافظه کوانتومی بر پیچیدگیِ هر چه بیشترِ فرایند می‌افزاید. ما دریافتیم که روشی متفاوت می‌تواند کارآیی بهتری در این خصوص داشته باشد: درهم‌تنیدگی فوتون – اتم در گره‌های متوالی؛ جایی که اتم‌ها نقش گره را ایفا کرده و فوتون‌ها به مخابره پیام می‌پردازند.»

به عبارت دیگر، درهم‌تنیدگی فوتون می‌تواند باعث شود ماده اتمی به ترکیب افزوده شده و همین عامل افزایشِ کارآیی، اطمینان و پایداری را در پی دارد. اگر شبکه‌های گره مناسبی به کار برده شود، زمینه برای اینترنت کوانتومی هم می‌تواند فراهم شود. در این آزمایش، دو واحد ذخیره‌سازی برای حافظه کوانتومی عبارت بودند از اتم‌های روبیدیوم که به حالت انرژی پایینی آورده شده بودند. وقتی اتم‌ها با فوتون‎های درهم‌تنیده جفت شوند، به بخشی از یک سیستم درهم‌تنیده تبدیل می‌شوند.

شوربختانه، هر چقدر طول مورد نیاز برای یک فوتون برای حرکت میان اتم‌ها بیشتر باشد، احتمال اختلال در آن سیستم نیز رو به افزایش می‌گذارد. به همین دلیل است که یافته‌های فعلی اهمیت دوچندان دارند. محققان از روشی موسوم به ارتقای روزنه استفاده کردند که از هدر رفت جفت فوتونی در طول درهم‌تنیدگی جلوگیری کرده یا آن را کاهش می‌دهد.

اگر بخواهیم این مسائل را به زبان ساده‌تری بازگو کنیم، باید بدانید که این روش با قرار دادنِ اتم‌های حافظه کوانتومی در حلقه‌های خاصی عمل می‌کند؛ این عامل باعث کاهش نویزهای تصادفی می‌شود که می‌توانند تداخل ایجاد کرده و حافظه را از بین ببرند. روش مذکور در احیای اطلاعات کوانتومی موثر خواهد بود. اتم‌ها و فوتون‌های جفت‌شده‌ای که به واسطه این روش ایجاد می‌شوند، گره را تشکیل می‌دهند. دانشمندان سپس این فوتون‌ها را تبدیل به فرکانس مناسب می‌سازند تا میان شبکه‌های مخابرات انتقال‌شان بدهند.

محققان یک دستگاه ثبت درهم‌تنیدگی کوانتومی دارند که فوتون‌های درهم‌تنیده را میان ماهواره و زمین و در فاصله ۱۲۰۰ کیلومتر مخابره می‌کند؛ کاری که در سال ۲۰۱۷ به انجام رسید. این سیستم ماهواره‌ای به خوبی در فضا کار می‌کند، اما در اتمسفر زمین با توجه به تداخل‌هایی که وجود دارد، کابل‌های فیبر نوری می‌توانند این هدررفت سیگنال را کاهش دهند. در این آزمایش، گره‌های اتم‌ها در آزمایشگاه یکسانی بود، اما می‌بایست فوتون‌ها در امتداد کابل‌هایی به درازای بیش از ۵۰ کیلومتر حرکت می‌کردند. البته چالش‌های بزرگی برای جداسازیِ بیشتر اتم‌ها وجود دارد. محققان گفتند: «علی‌رغن پیشرفت‌های عظیمی که حاصل آمده است، بیشترین تفکیک فیزیکی میان دو گره برابر است با ۰.۸ مایل یا ۱.۳ کیلومتر. ما با چالش‌های بزرگی برای فواصل دورتر نیاز داریم.»

نکتۀ پایانی این است که فن‌آوری کوانتومی می‌تواند سرعت انتقال اطلاعات را  افزایش داده و انتقال امن آنها را با استفاده از قوانین فیزیک بهبود ببخشد. اینترنت کوانتومی که پردازشگرهای کوانتومی دور را به یکدیگر وصل می‌کند، باید انقلابی در بسیاری از زمینه‌ها ایجاد کند که از جمله این زمینه‌ها می‌توان به رایانش کوانتومی اشاره کرد. این مقاله در مجله معتبر Nature منتشر شده است.

فیسبوک توییتر گوگل + لینکداین تلگرام واتس اپ کلوب

دیدگاهتان را بنویسید