رکورد جدید درهمتنیدگی کوانتومی در ۴۲۰ کیلومتر فیبر نوری ثبت شد
فیزیکدانان موفق شدهاند پدیده شگفتانگیز درهمتنیدگی کوانتومی را در بستری از فیبر نوری با طول ۴۲۰ کیلومتر با موفقیت ثبت کنند و مرزهای ارتباطات امن امنیتی را جابهجا کنند. این دستاورد بزرگ توسط پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت چین (University of Science and Technology of China) انجام شده و فرآیند اتصال حافظههای کوانتومی دور از هم را وارد مرحله تازهای کرده . در این آزمایش پیچیده، ذرات به گونهای پیوند پیدا میکنند که تغییر در وضعیت یکی از آنها، بلافاصله بر دیگری تأثیر میگذارد. پژوهشهای قبلی تنها توانسته بودند این پدیده را در فاصلهای بسیار کوتاهتر به نمایش بگذارند، اما دستاورد تازه ثابت میکند که عبور از محدودیتهای انتقال مستقیم دادهها عملی است.
برقرار ماندن درهمتنیدگی کوانتومی در این مسافت طولانی نهتنها یک موفقیت آزمایشگاهی، بلکه قدمی بنیادین برای ساخت اینترنت کوانتومی در مقیاسهای فراملی محسوب میشود. در این سیستم نوآورانه، حافظههای کوانتومی متشکل از ابرهای اتمی روبیدیوم (Rubidium) در دو نقطه مجزا به نامهای آلیس و باب قرار گرفتند و سیگنالهای خود را به گره میانجی فرستادند. با دریافت الگوی تداخل نوری صحیح در گره میانی، ارتباط کوانتومی پایدار میان دو حافظه بدون نیاز به ملاقات مستقیم ذرات برقرار شد. چنین جهش علمی بزرگی نشان داد که میتوان از افت شدید سیگنالهای کوانتومی در کابلهای طویل جلوگیری کرد و پایداری دادهها را در شرایط محیطی سخت نیز حفظ نمود.
ارسال اطلاعات از میان رشتههای شیشهای همیشه با چالش از دست رفتن فوتونها همراه بوده و مسافتهای بالای ۱۰۰ کیلومتر مانعی جدی برای این فناوری به شمار میرفت. برای حل این مشکل، دانشمندان از تکنیک تبدیل فرکانس استفاده کردند تا طول موج فوتونهای ساطعشده از اتمها را به محدوده استانداردهای مخابراتی تغییر دهند. این کار میزان جذب نور توسط فیبر نوری را به حداقل ممکن رساند. علاوه بر این، پیادهسازی سیستمهای تثبیت فاز فوق دقیق توانست نوسانهای دمایی و لرزشهای محیطی را خنثی کند. اجرای طرح درهمتنیدگی تکفوتونی نیز شانس موفقیت را دوچندان ساخت، زیرا در این روش تنها نیاز است که یک فوتون سالم به مقصد برسد.
مکانیسمهای نوین برای عبور از مرزهای فیزیک مخابرات
بررسی زوایای فنی این دستاورد نشان میدهد که پژوهشگران موفق شدهاند از یک مرز فیزیکی شناختهشده به نام حد PLOB بگذرد و عملکردی بسیار بالاتر از حد نظری انتقال مستقیم نوری ثبت کنند. حد نظری مذکور بیان میکرد که بدون استفاده از تقویتکنندهها، امکان ارسال دادههای کوانتومی از یک حد مشخص در مسافتهای بالای ۳۲۰ کیلومتر وجود ندارد. حافظههای کوانتومی بر پایه اتمهای سرد روبیدیوم میتوانند اطلاعات را بدون تخریب ذرات ذخیره کنند. این رویکرد خلاقانه ثابت کرد که شبکه پایدار مبتنی بر حافظه میتواند بر موانع کانالهای پراتلاف غلبه کند و مسیر را برای تجاریسازی شبکه کوانتومی هموار سازد. تبدیل فرکانس کوانتومی دقیقترین روش برای تطبیق سیگنالها با زیرساختهای فعلی اینترنت جهان است.
اگر بخواهیم این پدیده را با نگاهی ملموستر تصور کنیم، رفتار ذرات درهمتنیده شبیه به دو تاسِ جادویی در دست دو نفر در دو شهر متفاوت است. وقتی یک نفر تاس میریزد و عدد شش میآورد، تاس فرد دیگر در همان لحظه و بدون هیچ ارتباط فیزیکی عدد شش را نشان میدهد. آلبرت انیشتین زمانی این پدیده را اثر جادویی از راه دور مینامید و وجود آن را زیر سوال میبرد. اکنون اثبات پایداری فاز تکفوتونی در طول ۴۲۰ کیلومتر فیبر نوری لرزان، نشان میدهد که جادوی کوانتوم واقعیت دارد و میتواند شالوده امنیت غیرقابل نفوذ شبکه آینده باشد.
بازتاب در دنیای سینما و ریشههای نظری فناوری کوانتوم
مفهوم جابهجایی آنی اطلاعات و پیوند ناگسستنی میان ذرات، همواره سوژهای جذاب برای نویسندگان ادبیات علمیتخیلی و فیلمسازان هالیوود بوده است. در آثار سینمایی برجستهای مانند «میانستارهای» یا سریالهای علمی، ایدههای مشابهی برای ارتباط بدون تاخیر در مسافتهای کهکشانی مطرح میشود. اگرچه آزمایش اخیر هنوز با یا تلهپورت انسان فاصله زیادی دارد، اما تحقق عمل پیوند اتمها از راه دور، رؤیای ارتباطات آنی را یک گام به واقعیت نزدیکتر میسازد. رسانهها این فناوری را کلید رمزنگاری غیرقابل هک میدانند که دنیای جاسوسی سایبری و امنیت بانکداری جهانی را برای همیشه دگرگون خواهد کرد.
بسیاری از مردم به اشتباه تصور میکنند که برای داشتن اینترنت کوانتومی باید تمام کابلهای زیرساخت مخابراتی جهان تعویض شوند، اما این آزمایش خطای فکری گذشته را اصلاح کرد. پژوهشگران نشان دادند که میتوان با اضافه کردن شبکههای تکرارکننده کوانتومی به همین خطوط فیبر نوری موجود، اطلاعات را با کیفیتی بینظیر جابهجا کرد. این روش نیاز به سرمایهگذاریهای سنگین برای کابلکشی مجدد را برطرف میسازد. در واقع اتمهای سرد شده در دماهای نزدیک به صفر مطلق، نقشی مشابه ایستگاههای تقویتکننده هوشمند را بازی میکنند که سیگنالهای ضعیف را بازیابی کرده و بدون افشای محتوا به مسیر خود ادامه میدهند.
چشمانداز آینده و ساخت اینترنت کوانتومی جهان
توسعه درهمتنیدگی کوانتومی در مقیاسهای بالاتر از ۴۰۰ کیلومتر گامی استوار به سوی اتصال شهرهای بزرگ به یک شبکه یکپارچه دانشی است. گام بعدی دانشمندان، پیوند دادن چندین گره متوالی به یکدیگر از طریق تکنیک تعویض درهمتنیدگی خواهد بود تا فواصل هزاران کیلومتری نیز پوشش داده شوند. تحقق این هدف به معنای شکلگیری پردازش ابری کوانتومی، ارتقای خیرهکننده توان محاسباتی ابررایانهها و ساخت سنسورهای فوقالعاده دقیق برای اکتشافات فضایی است.
منبع: Physical Review Letters
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!
مطالب مرتبط
