گامی مهم به سوی اینترنت کوآنتومی
به گزارش جهان صنعت نیوز: محققان چینی اکنون موفق شده‌اند دو حافظه کوآنتومی (دستگاه‌هایی که می‌توانند اطلاعات حالت‌های کوآنتومی را برای بازیابی در زمان بعد ذخیره کنند) را در بزرگ‌ترین فاصله ثبت‌شده تا به امروز یعنی ۵/۱۲ کیلومتر به یکدیگر مرتبط کنند. این مرحله مفهوم اینترنت کوآنتومی را به‌ثمر رسانده است؛ اینترنتی که امکان ارتباط غیرمتمرکز میان کامپیوترهای کوآنتومی را فراهم خواهد کرد. محققان با همکاری دانشگاه علم و فناوری چین در موسسه فناوری کوآنتومی «جینان» نشان دادند که حافظه‌های کوآنتومی درهم‌تنیده می‌توانند انسجام خود را حتی زمانی‌که محیط شهری میان آنها باشد، حفظ کنند. درهم‌تنیدگی از قبل شناخته شده است و به فرآیندی اشاره می‌کند که در آن، دو واحد کوآنتومی (مثل کیوبیت‌ها یا حافظه‌های کوآنتومی) با هم ارتباط دارند؛ به‌طوری‌که حالت‌ها و محتوای آنها نمی‌تواند به‌طورجداگانه توصیف شود.
از نظر تئوری، می‌توان درهم‌تنیدگی را بدون توجه به فاصله حفظ کرد. مساله این است که حساسیت واحدهای کوآنتومی به اختلالات محیطی مانند تداخل الکترومغناطیسی یا حرارتی به ایجاد اثرهای جانبی، ازجمله فروپاشی حالت‌های آنها منجر خواهد شد که می‌تواند باعث از دست‌دادن انسجام و درهم‌تنیدگی و در نتیجه اطلاعات شود. به نوشته TomsHardware، در سال ۲۰۲۰ محققان آزمایش‌هایی انجام دادند که در آن موفق شدند دو کیوبیت مختلف را در فاصله ۵۰ کیلومتری از طریق کابل فیبرنوری به یکدیگر مرتبط کنند. با این حال، روش انتقال داده در این آزمایش که می‌توانست بدون تداخل محیطی کار کند، مقیاس‌بندی شد و کنترل محیط کیوبیت را نیز تسهیل کرد.
Xiao-Hui Bao، یکی از محققان حاضر در این مطالعه، در گفت‌وگو با وب‌سایت Phys.org گفت: در سال ۲۰۲۰، مقاله‌ای منتشر کردیم و در آن، درهم‌تنیدگی دو حافظه کوآنتومی را از طریق یک پیوند فیبرنوری ۵۰ کیلومتری نشان دادیم. در آن آزمایش، هر دو حافظه‌ای که از آنها استفاده کردیم، در یک آزمایشگاه قرار داشتند؛ بنابراین، کاملا مستقل نبودند. گام بعدی در تحقیق ما، مستقل‌کردن دو حافظه بود؛ درحالی‌که فاصله زیادی میان آنها وجود داشته باشد. درحال‌حاضر، فیزیک می‌خواهد که اطلاعات کوآنتومی همیشه از طریق روش‌های کلاسیک مثل کابل فیبرنوری ارسال شود؛ بنابراین، محققان دو مجموعه کوآنتومی ایجاد کردند که در آن، حافظه کوآنتومی A در اولین آزمایشگاه قرار داشت و سپس، برای اضافه‌کردن انرژی به آن، در فرآیندی به نام «تحریک» تحت اصابت لیزر قرار گرفت. انرژی اضافه بلافاصله به‌عنوان فوتون منتشر می‌شود، زیرا حافظه کوآنتومی به‌طورطبیعی به حالت پایه خود برمی‌گردد. علاوه‌براین، فوتون‌ها ذاتا با توجه به حافظه کوانتونی که آنها را ساطع کرده است، درهم تنیده می‌شوند. سپس، محققان از کابل فیبرنوری برای انتقال فوتون ساطع‌شده از گره اصلی به گره دوم استفاده کردند؛ گره‌ای که در فاصله ۵/۱۲ کیلومتری قرار داشت. ورود این فوتون به گره دوم، یعنی محققان اکنون می‌توانند از اطلاعات حالت کوآنتومی آن برای درهم‌تنیدگی حافظه کوآنتومی جدید استفاده کنند. درنهایت، نتیجه آزمایش این محققان نشان می‌دهد دو حافظه کوآنتومی مختلف با وجود فاصله ۵/۱۲ کیلومتری میان آنها، به‌اصطلاح درهم‌تنیده شده‌اند. انتقال فوتون منفرد از طریق فیبرنوری ۵/۱۲ کیلومتری بدون هیچ‌گونه افتی در داده‌های آن کار ساده‌ای نیست؛ به‌خصوص با توجه به سطح انرژی اندک فوتون ساطع‌شده (نزدیک به مادون‌قرمز در ۷۲۵ نانومتر) که آنها را به‌ویژه در معرض تداخل ناشی از انرژی بیشتر قرار می‌دهد. محققان برای رفع مشکل سطح کم‌انرژی، از تکنیک تبدیل فرکانس کوآنتومی برای تغییر طول‌موج فوتون به ۱۳۴۲ نانومتر استفاده کردند که بازده کلی انتقال را بهبود درخورتوجهی می‌بخشد.
این تحقیق به‌ظهور اینترنت کوآنتومی کمک می‌کند؛ جایی‌که در آن اطلاعات کوآنتومی می‌تواند به‌طور موثرتر و ایمن‌تر از گره‌ای به گره دیگر ارسال شود. علاوه‌براین، از آنجا که فوتون به تداخل خارجی بسیار حساس است، هرکسی که برای دسترسی به محتویات آن تلاش کند، فوتون مدنظر را به‌سمت فروپاشی سوق خواهد داد؛ بنابراین، اطلاعات ذخیره‌شده در آن از دست خواهد رفت؛ قابلیتی که ممکن است به ایجاد عصر جدیدی از ارتباطات امن کوآنتومی منجر شود. همچنین، تحقیق دانشمندان چینی دری را به‌سوی عملیات غیرمتمرکز رایانه‌های کوآنتومی باز می‌کند که در آن می‌توانند با همان کامپیوتر کوآنتومی که اطلاعات موردنیاز را از گره‌ای به گره دیگر انتقال می‌دهد، از طرحی توزیع‌شده پیروی کنند. درمجموع، نتیجه این آزمایش‌ها می‌تواند گامی مهم و ضروری به‌سوی آینده کوآنتومی باشد.
لینک کوتاه :