اینترنت کوانتومی به واقعیت نزدیک شد

به گزارش ایسنا از گیزمگ، دنیای شبح وار مکانیک کوانتومی ممکن است یک روز یک اینترنت سریع‌تر و مطمئن‌تر ایجاد کند. در حال حاضر یک مطالعه با ثبت رکورد فاصله جدیدی برای درهم‌تنیدگی کوانتومی بین ذرات نور و ماده به این سمت گام بردشته است.

محققان موفق به ارسال یک فوتون و درهم‌تنیده شدن آن با یک یون در یک فیبر نوری به طول ۵۰ کیلومتر شده‌اند.

درهم‌تنیدگی کوانتومی پیوند عجیبی را توصیف می‌کند که می‌تواند بین دو ذره تشکیل شود، حتی اگر با مسافت‌های زیاد از هم جدا باشند. اطلاعات در مورد حالت‌های کوانتومی آنها می‌تواند چنان پیوند ناگسستنی برقرار کند که نگاه کردن به یک ذره می‌تواند اطلاعاتی در مورد دیگری به شما بگوید و هر چقدر هم که از هم دور باشند، فورا بر تغییر هم تأثیر بگذارند.

درهم‌تنیدگی کوانتومی می‌گوید در سامانه‌های مرکب با وضعیت‌هایی مواجه می‌شویم که در آن اجزای سامانه دارای هیچ ویژگی نیستند، بلکه فقط سامانه کل دارای دسته‌ای از ویژگی‌ها است. به زبان ساده و به عنوان اولین مثال تاریخی، درهم‌تنیدگی، جفت شدن خواص مکانیکی دو ذره است، ذراتی که پیشتر با یکدیگر در اندرکنش بوده و سپس از یکدیگر جدا شده‌اند. در هم تنیدگی برای ذراتی همچون فوتون‌ها، الکترون‌ها و حتی مولکول‌ها رخ می‌دهد. این اندرکنش فیزیکی مربوط به خواصی نظیر مکان، تکانه، اسپین، قطبش و غیره است، به گونه‌ای که با تعیین هر یک از خواص برای یکی از دو ذره همان خاصیت در دیگری تعیین می‌شود. به عبارت دیگر هر یک از ذرات جفت شده به خوبی توسط حالت کوانتومی مشابه توصیف می‌شوند.

از آنجا که این مسئله در واقع به معنای انتقال اطلاعات است، این پدیده جالب می‌تواند پایه و اساس نوع جدیدی از ارتباطات را تشکیل دهد. اینترنت کوانتومی می‌تواند امکان انتقال سریع داده‌ها به سراسر جهان را به شکل به مراتب ایمن‌تر فراهم کند. از این گذشته، اگر یک هکر سعی کند در یک پیام مداخله کند، به راحتی شناسایی می‌شود.

این مطالعه جدید گامی به سوی تحقق یک نوع از اینترنت کوانتومی است. محققان دانشگاه اینسبروک(Innsbruck) و آکادمی علوم اتریش در این مطالعه قبل از روانه کردن یون و فوتون به فیبر نوری ۵۰ کیلومتری، یک یون کلسیم و یک فوتون را درهم‌تنیده کردند.

این تیم با یک یون کلسیم شروع به کار کرد و آن را در یک تله یونی به حالت تعلیق درآورد. آنها با استفاده از یک لیزر، حالت کوانتومی را بر روی یون نوشتند که باعث تحریک آن به انتشار فوتون نیز می‌شود. وقتی این فوتون ایجاد می‌شود، حالت کوانتومی مشابه با یون را دارد، به این معنی که این دو ذره درهم تنیده‌اند.

قدم بعدی ارسال فوتون و اطمینان از حفظ این پیوند کوانتومی است. مشکل این است که از آنجایی که فوتون دارای طول موج ۸۵۴ نانومتر است، به سرعت در فیبر نوری جذب می‌شود و بنابراین باید به طول موج ۱۵۵۰ نانومتر تبدیل شود که طول موج استاندارد فعلی برای ارتباطات است.

برای انجام این کار ابتدا محققان باید فوتون را از یک بلور غیرخطی رد کنند که توسط یک لیزر قدرتمند روشن شده است. سپس آماده این سفر طولانی می‌شود.

محققان در آزمایشات نشان دادند که فوتون نه تنها موفق به زنده ماندن در این سفر ۵۰ کیلومتری در کابل فیبر نوری شد، بلکه درهم‌تنیدگی خود را با یون حتی پس از تغییر طول موج نیز حفظ کرد.

این امر رکورد فاصله جدیدی را برای درهم‌تنیدگی نور و ماده به وجود آورد. قبلا دیده شده بود که جفت‌های فوتون درهم‌تنیده تا ۱۲۰۰ کیلومتر هم سفر کرده بودند، اما این مطالعه بیشرین طی مسافت یک نور و ماده را در حالت درهم‌تنیده ثبت کرد.

این مطالعه یک نوع زیرساخت برای ایجاد اینترنت کوانتومی محسوب می‌شود.

ضمن اینکه این تیم می‌تواند این فاصله را دو برابر کند. چرا که یون‌های کلسیم در فاصله ۱۰۰ کیلومتری از هم می‌توانند فوتون‌های درهم‌تنیده را به سمت یکدیگر پرتاب کنند تا در تقاطع وسط با هم ملاقات کنند. در آنجا، دو فوتون می‌توانند با یکدیگر درهم‌تنیده شوند و ارتباط با یون‌های خود را از دست بدهند. بنابراین یک اینترنت کوانتومی می‌تواند از ایستگاه‌هایی ساخته شود که ۱۰۰ کیلومتر از هم فاصله دارند و شهرها را به یکدیگر متصل می‌کنند.

این تحقیق در مجله Quantum Information منتشر شده است.