آخرین اخبار
امکان ساخت شبکه های کوانتومی توسط کاواک‌های نوری ریز

امکان ساخت شبکه های کوانتومی توسط کاواک‌های نوری ریز

مهندسان موسسه فناوری کالیفرنیا نشان دادند که اتم‌های درون کاواک‌های نوری (که همانند جعبه‌های ریز نوری هستند) می‌توانند سنگ بنای ساخت اینترنت کوانتومی‌ باشند. این تحقیق در مجله Nature منتشر شد.

شبکه‌های کوانتومی، کامپیوترهای کوانتومی را از طریق یک سیستم کوانتومی (به‌جای استفاده از یک سیستم کلاسیکی) به یکدیگر متصل خواهند کرد. کامپیوترهای کوانتومی از لحاظ نظری، به دلیل مزایای خاص مکانیک کوانتومی (همانند برهم‌نهی که اجازه می‌دهد بیت‌های کوانتومی به‌صورت همزمان اطلاعات را هم در یک و هم در صفر  ذخیره کنند) خواهند توانست عملکردهای خاصی را سریع‌تر از کامپیوترهای کلاسیک انجام دهند.

مهندسان علاقه‌مند هستند تا بتوانند همانند کامپیوترهای کلاسیک، چندین کامپیوتر کوانتومی را به‌منظور اشتراک داده‌ها و همکاری با یکدیگر متصل کنند تا یک « اینترنت کوانتومی» ایجاد شود. اینترنت کوانتومی، کاربردهای گوناگونی دارد، از جمله می‌توان به انجام محاسبات بسیار بزرگ که برای یک کامپیوتر کوانتومی دشوار است و ایجاد ارتباطات امن شکست‌ناپذیر با استفاده از رمزنگاری کوانتومی اشاره کرد.

برای این منظور، یک شبکه کوانتومی باید قادر باشد تا اطلاعات را بدون تغییر ویژگی‌های کوانتومی آن‌ها، میان دو نقطه انتقال دهد. یک مدل فعلی این است: یک اتم یا یون با ذخیره‌سازی اطلاعات از طریق یکی از ویژگی‌های کوانتومی خود، مانند اسپین، مثل یک بیت کوانتومی ( کیوبیت) عمل می‌کند. این اتم برای خواندن اطلاعات و انتقالشان به مکان دیگر، با یک پالس نوری برانگیخته می‌شود که موجب می‌شود فوتونی نشر پیدا کند که اسپینش با اسپین اتم، درهم‌تنیده است. سپس، این فوتون می‌تواند اطلاعات درهم‌تنیده شده را از طریق کابل فیبر نوری و در مسافت‌های طولانی منتقل کند.

البته این کار سخت‌تر از آن چیزی است که به نظر می‌رسد. یافتن اتم‌هایی که بتوان آن‌ها را کنترل و اندازه‌گیری کرد و همچنین در برابر اعوجاجات میدان مغناطیسی یا الکتریکی خیلی حساس نباشند (که موجب ایجاد خطا یا ناهمدوسی می‌شوند)، چالش‌برانگیز است.

محققان می‌گویند: «فرستنده‌های حالت‌جامد که به‌خوبی با نور برهمکنش می‌کنند، اغلب قربانی ناهمدوسی می‌شوند، یعنی ذخیره‌سازی اطلاعات که از لحاظ مهندسی کوانتومی حائز اهمیت است را متوقف می‌کنند. در ضمن، اغلب اتم‌های عناصر خاکی کمیاب که ویژگی‌های سودمندی برای کیوبیت شدن دارند، برهمکنش ضعیفی با نور دارند».

محققان کلتک به ‌منظور حل این چالش، کاواک نانوفوتونیکی ساختند. پرتویی به طول ده میکرومتر با الگوهای نانویی منظم که از حجاری شدن یک قطعه‌ بلوری ساخته ‌شد. سپس، یک یون خاکی کمیاب به نام ایتربیم را در مرکز میله شناسایی کردند. کاواک نوری این اجازه را می‌دهد که چندین مرتبه، نور در جلو و عقب پرتو رفت‌وبرگشت کند تا درنهایت توسط یون جذب شود.

محققان نشان دادند که کاواک، محیط پیرامون یون را به‌گونه‌ای اصلاح می‌کند که هر زمان فوتونی نشر شود 99 درصد مواقع، آن فوتون درون کاواک باقی می‌ماند. سپس دانشمندان به‌منظور اندازه‌گیری حالت یون، این فوتون را به‌صورت مؤثر جمع‌آوری کرده و آشکارسازی می‌کنند. این نتایج، نرخ نشر فوتون توسط یون را افزایش داده و موجب بهبود اثر کلی سیستم می‌شود.

علاوه بر این، یون‌های ایتربیم قادر به ذخیره‌سازی اسپین خودشان به مدت سی میلی‌ثانیه هستند. در این زمان، نور می‌تواند اطلاعات را به سراسر قاره آمریکا ارسال کند. محققان می‌گویند: «این یون بسیاری از ویژگی‌های لازم را دارد و می‌تواند فوتون‌ها را آن‌گونه جذب و نشر کند که ما برای ایجاد شبکه کوانتومی نیاز داریم. این کاواک نوری می‌تواند فناوری ستون فقرات اینترنت کوانتومی را تشکیل دهد». در حال حاضر، این گروه بر روی ایجاد سنگ‌بنای یک شبکه کوانتومی متمرکز شده است. آن‌ها امیدوارند تا بتوانند در آینده، مقیاس آزمایش را بزرگ‌تر کنند و درواقع میان دو بیت کوانتومی اتصال برقرار کنند.
منبع: phys.org
كلمات كليدي :
اینترنت کوانتومی
 
امتیاز دهی
 
 

نظر شما
نام  
پست الكترونيک
وب سایت
متنی که در تصویر می بینید عینا تایپ نمایید
نظر
login