رکورد تازه درهم تنیدگی کوانتومی در 420 کیلومتر فیبر نوری ثبت شد
به گزارش مجله یگانه، فیزیک دانان پیروز شده اند پدیده شگفت انگیز درهم تنیدگی کوانتومی را در بستری از فیبر نوری با طول 420 کیلومتر با پیروزیت ثبت نمایند و مرزهای ارتباطات امن امنیتی را جابه جا نمایند. این دستاورد بزرگ به وسیله پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت چین (University of Science and Technology of China) اجرا شده و فرآیند اتصال حافظه های کوانتومی دور از هم را وارد مرحله تازه ای نموده . در این آزمایش پیچیده، ذرات به گونه ای پیوند پیدا می نمایند که تغییر در شرایط یکی از آن ها، بلافاصله بر دیگری تأثیر می گذارد. پژوهش های قبلی تنها توانسته بودند این پدیده را در فاصله ای بسیار کوتاه تر به نمایش بگذارند، اما دستاورد تازه ثابت می نماید که عبور از محدودیت های انتقال مستقیم داده ها عملی است.
برقرار ماندن درهم تنیدگی کوانتومی در این مسافت طولانی نه تنها یک پیروزیت آزمایشگاهی، بلکه قدمی بنیادین برای ساخت اینترنت کوانتومی در مقیاس های فراملی محسوب می گردد. در این سیستم نوآورانه، حافظه های کوانتومی متشکل از ابرهای اتمی روبیدیوم (Rubidium) در دو نقطه مجزا به نام های آلیس و باب قرار گرفتند و سیگنال های خود را به گره میانجی فرستادند. با دریافت الگوی تداخل نوری صحیح در گره میانی، ارتباط کوانتومی پایدار میان دو حافظه بدون احتیاج به دیدار مستقیم ذرات برقرار شد. چنین جهش علمی بزرگی نشان داد که می توان از افت شدید سیگنال های کوانتومی در کابل های طویل جلوگیری کرد و پایداری داده ها را در شرایط محیطی سخت نیز حفظ نمود.
ارسال اطلاعات از میان رشته های شیشه ای همیشه با چالش از دست رفتن فوتون ها همراه بوده و مسافت های بالای 100 کیلومتر مانعی جدی برای این فناوری به شمار می رفت. برای حل این مشکل، دانشمندان از تکنیک تبدیل فرکانس استفاده کردند تا طول موج فوتون های ساطع شده از اتم ها را به محدوده استانداردهای مخابراتی تغییر دهند. این کار اندازه جذب نور به وسیله فیبر نوری را به حداقل ممکن رساند. علاوه بر این، پیاده سازی سیستم های تثبیت فاز فوق دقیق توانست نوسان های دمایی و لرزش های محیطی را خنثی کند. اجرای طرح درهم تنیدگی تک فوتونی نیز شانس پیروزیت را دوچندان ساخت، زیرا در این روش تنها احتیاج است که یک فوتون سالم به مقصد برسد.
مکانیسم های نوین برای عبور از مرزهای فیزیک مخابرات
آنالیز زوایای فنی این دستاورد نشان می دهد که پژوهشگران پیروز شده اند از یک مرز فیزیکی شناخته شده به نام حد PLOB بگذرد و عملکردی بسیار بالاتر از حد نظری انتقال مستقیم نوری ثبت نمایند. حد نظری مذکور بیان می کرد که بدون استفاده از تقویت نماینده ها، امکان ارسال داده های کوانتومی از یک حد تعیین در مسافت های بالای 320 کیلومتر وجود ندارد. حافظه های کوانتومی بر پایه اتم های سرد روبیدیوم می توانند اطلاعات را بدون تخریب ذرات ذخیره نمایند. این رویکرد خلاقانه ثابت کرد که شبکه پایدار مبتنی بر حافظه می تواند بر موانع کانال های پراتلاف غلبه کند و مسیر را برای تجاری سازی شبکه کوانتومی هموار سازد. تبدیل فرکانس کوانتومی دقیق ترین روش برای تطبیق سیگنال ها با زیرساخت های فعلی اینترنت دنیا است.
اگر بخواهیم این پدیده را با نگاهی ملموس تر تصور کنیم، رفتار ذرات درهم تنیده شبیه به دو تاسِ جادویی در دست دو نفر در دو شهر فرق دارد. وقتی یک نفر تاس می ریزد و عدد شش می آورد، تاس فرد دیگر در همان لحظه و بدون هیچ ارتباط فیزیکی عدد شش را نشان می دهد. آلبرت انیشتین زمانی این پدیده را اثر جادویی از راه دور می نامید و وجود آن را زیر سوال می برد. اکنون اثبات پایداری فاز تک فوتونی در طول 420 کیلومتر فیبر نوری لرزان، نشان می دهد که جادوی کوانتوم واقعیت دارد و می تواند شالوده امنیت غیرقابل نفوذ شبکه آینده باشد.
بازتاب در دنیای سینما و ریشه های نظری فناوری کوانتوم
مفهوم جابه جایی آنی اطلاعات و پیوند ناگسستنی میان ذرات، همیشه سوژه ای مجذوب کننده برای نویسندگان ادبیات علمی تخیلی و فیلم سازان هالیوود بوده است. در آثار سینمایی برجسته ای مانند میان ستاره ای یا سریال های علمی، ایده های مشابهی برای ارتباط بدون تاخیر در مسافت های کهکشانی مطرح می گردد. اگرچه آزمایش اخیر هنوز با یا تله پورت انسان فاصله زیادی دارد، اما تحقق عمل پیوند اتم ها از راه دور، رؤیای ارتباطات آنی را یک گام به واقعیت نزدیک تر می سازد. رسانه ها این فناوری را کلید رمزنگاری غیرقابل هک می دانند که دنیای جاسوسی سایبری و امنیت بانک داری دنیای را برای همیشه دگرگون خواهد نمود.
بسیاری از مردم به اشتباه تصور می نمایند که برای داشتن اینترنت کوانتومی باید تمام کابل های زیرساخت مخابراتی دنیا تعویض شوند، اما این آزمایش خطای فکری گذشته را اصلاح کرد. پژوهشگران نشان دادند که می توان با اضافه کردن شبکه های تکرارنماینده کوانتومی به همین خطوط فیبر نوری موجود، اطلاعات را با کیفیتی بی نظیر جابه جا کرد. این روش احتیاج به سرمایه گذاری های سنگین برای کابل کشی مجدد را رفع می سازد. در واقع اتم های سرد شده در دماهای نزدیک به صفر مطلق، نقشی مشابه ایستگاه های تقویت نماینده هوشمند را بازی می نمایند که سیگنال های ضعیف را بازیابی نموده و بدون افشای محتوا به مسیر خود ادامه می دهند.
منظره آینده و ساخت اینترنت کوانتومی دنیا
توسعه درهم تنیدگی کوانتومی در مقیاس های بالاتر از 400 کیلومتر گامی پایدار به سوی اتصال شهرهای بزرگ به یک شبکه یکپارچه دانشی است. گام بعدی دانشمندان، پیوند دادن چندین گره متوالی به یکدیگر به وسیله تکنیک تعویض درهم تنیدگی خواهد بود تا فواصل هزاران کیلومتری نیز پوشش داده شوند. تحقق این هدف به معنای شکل گیری پردازش ابری کوانتومی، ارتقای خیره نماینده توان محاسباتی ابررایانه ها و ساخت سنسورهای فوق العاده دقیق برای اکتشافات فضایی است.
منبع: Physical Review Letters
منبع: یک پزشک