ساخت گره‌ای کوانتومی برای ایجاد شبکه‌های کوانتومی فوق‌امن!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،شبکه‌های کوانتومی به‌عنوان نسل آینده اینترنت شناخته می‌شوند؛ شبکه‌هایی که به‌جای انتقال اطلاعات کلاسیک در قالب بیت‌ها، داده‌های کوانتومی را از طریق فوتون‌ها جابه‌جا می‌کنند.

به گزارش sciencedaily، این فناوری می‌تواند ارتباطات فوق‌امن ایجاد کند، رایانه‌های کوانتومی دور از هم را به یکدیگر متصل ساخته و به یک ابرماشین محاسباتی تبدیل کند و همچنین امکان توسعه سامانه‌های سنجشی بسیار دقیق برای اندازه‌گیری زمان یا شرایط محیطی را فراهم آورد.

برای تحقق چنین شبکه‌ای وجود گره‌های کوانتومی ضروری است؛ نقاطی که قادر به ذخیره اطلاعات کوانتومی و انتقال آن از طریق ذرات نور باشند. در تازه‌ترین دستاورد علمی، گروه تحقیقاتی به سرپرستی بن لانین در دپارتمان فیزیک تجربی دانشگاه اینسبروک موفق به ساخت چنین گره‌ای شدند. این گروه با استفاده از یک ردیف ۱۰ یون کلسیم در یک رایانه کوانتومی نمونه، آزمایشی پیشگامانه انجام دادند.

پژوهشگران با تنظیم دقیق میدان‌های الکتریکی، یون‌ها را یکی‌یکی به داخل یک حفره نوری منتقل کردند. سپس با تاباندن پالس لیزری تنظیم‌شده موفق شدند تک‌فوتونی تولید کنند که قطبش آن با حالت کوانتومی یون درهم‌تنیده بود. نتیجه این فرآیند، تولید جریانی از فوتون‌ها بود که هرکدام با یک کیوبیت متفاوت یون در رجیستر مرتبط بودند. در آینده این فوتون‌ها می‌توانند برای برقراری درهم‌تنیدگی میان دستگاه‌های کوانتومی دور از هم به کار گرفته شوند.

بر اساس گزارش تیم تحقیقاتی آنها موفق شدند به میانگین دقت ۹۲ درصدی در ایجاد درهم‌تنیدگی یون-فوتون دست یابند؛ سطحی از دقت که نشان‌دهنده استحکام و پایداری روش جدید است.

بن لانین در توضیح اهمیت این دستاورد گفت: یکی از نقاط قوت این روش، مقیاس‌پذیری آن است. در حالی که آزمایش‌های پیشین تنها توانسته بودند دو یا سه کیوبیت یونی را به فوتون‌ها پیوند دهند، سامانه اینسبروک قابلیت گسترش به رجیستر‌های بسیار بزرگ‌تر شامل صد‌ها یون را دارد.

این پیشرفت می‌تواند به اتصال رایانه‌های کوانتومی در آزمایشگاه‌های مختلف و حتی در نقاط مختلف جهان منجر شود.

مارکو کانتری، نویسنده اول این پژوهش نیز افزود: روش ما گامی مهم به سوی ایجاد شبکه‌های کوانتومی بزرگ‌تر و پیچیده‌تر است. این فناوری ما را به کاربرد‌های عملی همچون ارتباطات کوانتومی ایمن، محاسبات کوانتومی توزیع‌شده و حسگری کوانتومی در مقیاس بزرگ نزدیک‌تر می‌کند.

افزون بر این فناوری جدید می‌تواند در توسعه ساعت‌های اتمی نوری نیز تحول ایجاد کند. این ساعت‌ها به قدری دقیق هستند که در طول عمر جهان کمتر از یک ثانیه خطا خواهند داشت. پیوند چنین ساعت‌هایی از طریق شبکه‌های کوانتومی می‌تواند یک سامانه جهانی سنجش زمان با دقت بی‌سابقه فراهم آورد.

این پژوهش که نتایج آن در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است، با حمایت مالی بنیاد علوم اتریش و اتحادیه اروپا انجام شد و نه تنها یک دستاورد فنی برجسته بلکه یک سنگ‌بنای کلیدی برای نسل آینده فناوری‌های کوانتومی به شمار می‌رود.