یک قدم نزدیک‌تر به اینترنت کوانتومی؛ برای اولین‌بار اطلاعات به حافظه جامد تله‌پورت شد

محققان چینی به دستاورد بزرگی رسیدند که می‌تواند سنگ بنای اینترنت کوانتومی آینده باشد. آنها برای اولین‌بار در جهان موفق شدند حالت کوانتومی یک ذره نور (کیوبیت) را به یک حافظه کوانتومی حالت جامد تله‌پورت کنند. این دستاورد از آن جهت اهمیت دارد که تمام فرایند با استفاده از تجهیزات و طول موج‌های استاندارد مخابراتی انجام شده و می‌تواند برای ادغام شبکه‌های کوانتومی با زیرساخت‌های فیبر نوری امروزی استفاده شود.

تله‌پورت کوانتومی، که زمانی فقط در داستان‌های علمی-تخیلی یافت می‌شد، فرایندی است که در آن اطلاعات کوانتومی یک ذره، بدون حرکت فیزیکی خود ذره، از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر منتقل می‌شود. این پدیده شگفت‌انگیز با بهره‌گیری از درهم‌تنیدگی کوانتومی (Quantum Entanglement) ممکن می‌شود؛ حالتی که در آن دو ذره به گونه‌ای به هم پیوند می‌خورند که هر تغییری در یکی، به صورت آنی بر دیگری تأثیر می‌گذارد، حتی اگر میلیون‌ها کیلومتر از هم فاصله داشته باشند. این فناوری، ستون فقرات اینترنت کوانتومی آینده است؛ شبکه‌ای که قادر به انتقال اطلاعات به‌صورت کاملاً امن و آنی خواهد بود.

تله‌پورت اطلاعات به یک حافظه جامد برای اینترنت کوانتومی

یکی از بزرگ‌ترین موانع بر سر راه ساخت یک شبکه کوانتومی مقیاس‌پذیر، ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی است. برای انتقال اطلاعات در فواصل طولانی، شبکه‌های کوانتومی به «تکرارکننده‌های کوانتومی» (Quantum Repeaters) نیاز دارند که در هر بخش از این تکرارکننده‌ها، یک حافظه کوانتومی باید بتواند حالت کوانتومی را به‌طور موقت ذخیره کند.

به گزارش Phys، پروفسور «شیائو-سانگ ما» (Xiao-Song Ma)، سرپرست این پژوهش از دانشگاه نانجینگ چین، می‌گوید: «برای افزایش مسافت انتقال، ادغام حافظه کوانتومی در یک سیستم تله‌پورت، از اهمیت بالایی برخوردار است.» علاوه‌براین، اکثر آزمایش‌های قبلی نیازمند تبدیل فرکانس سیگنال‌های نوری بودند که استفاده از آنها را در زیرساخت‌های فیبر نوری امروزی غیرممکن می‌کرد.

محققان دانشگاه نانجینگ برای اولین‌بار بر این دو مسئله به‌طور همزمان غلبه کردند. آنها یک سیستم پیچیده و پنج بخشی را طراحی کردند که تمام اجزای آن با طول موج استاندارد مخابراتی (باند C ۱.۵ میکرومتری) کار می‌کند.

در این آزمایش، حالت کوانتومی یک فوتون مخابراتی با موفقیت به درون حافظه حالت جامد تله‌پورت شد.

برای اثبات اینکه این فرایند واقعاً یک تله‌پورت کوانتومی بوده و نه یک پدیده کلاسیک، محققان با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته توموگرافی حالت و فرایند کوانتومی، «وفاداری» (Fidelity) حالت منتقل‌شده را اندازه‌گیری کردند. نتایج نشان داد که وفاداری این فرایند از حد کلاسیک فراتر رفته است؛ این یعنی اطلاعات به شکلی منتقل شده که در فیزیک کلاسیک غیرممکن است.

محققان می‌گویند: «کل سیستم ما از اجزایی استفاده می‌کند که کاملاً با شبکه‌های فیبر نوری موجود سازگار هستند. این پلتفرم، یک رویکرد بسیار امیدوارکننده را برای شبکه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ ایجاد می‌کند.» گام بعدی این تیم، تمرکز بر بهبود عملکرد حافظه کوانتومی، به‌ویژه افزایش مدت زمان ذخیره‌سازی و افزایش بهره‌وری آن است. این دستاورد، مسیر رسیدن به یک اینترنت کوانتومی کاربردی و مقیاس‌پذیر را بسیار روشن‌تر و هموارتر از همیشه کرده است.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Physical Review Letters منتشر شده است.