دانشمندان موفق به ساخت منبع نوری «فوق‌العاده درخشانی» شده‌اند که می‌تواند فوتون‌های کوانتومی درهم‌تنیده تولید کند. این فوتون‌ها می‌توانند در آینده برای انتقال امن اطلاعات در یک شبکه پرسرعت ارتباطات کوانتومی مورد استفاده قرار گیرند.
دوشنبه ۲۶ شهريور ۱۴۰۳ ساعت ۰۴:۳۰
ارتباطات کوانتومی غیرقابل شکستن به لطف فوتون‌های فوق‌العاده درخشان به واقعیت می‌پیوندد
براساس قوانین عجیب مکانیک کوانتومی، اطلاعاتی که در این فوتون‌های درهم‌تنیده رمزگذاری می‌شود، می‌تواند با سرعت بالا انتقال یابد و «همدوسی کوانتومی» (یعنی حالتی که در آن فوتون‌ها درهم‌تنیده هستند) تضمین می‌کند که اطلاعات قابل شنود یا رهگیری نباشد.
اما به گزارش ایتنا به به نقل از اسپیس، یکی از چالش‌های کلیدی در ساخت اینترنت کوانتومی این است که قدرت فوتون‌ها با افزایش فاصله‌ای که طی می‌کنند، کاهش می‌یابد. منابع نوری فعلی به اندازه کافی درخشان نیستند.
برای ساخت یک اینترنت کوانتومی موفق که بتواند داده‌ها را در فواصل طولانی ارسال کند، فوتون‌ها باید به اندازه کافی قوی باشند تا از «واهمدوسی» (از دست رفتن حالت درهم‌تنیدگی) جلوگیری شود؛ زیرا اگر واهمدوسی رخ دهد، اطلاعات موجود در فوتون‌ها از بین می‌رود.
در پژوهشی که در ماه ژوئیه منتشر شد، دانشمندانی از اروپا، آسیا و آمریکای جنوبی موفق شدند با استفاده از فناوری‌های موجود، منبع سیگنال کوانتومی جدیدی ایجاد کنند که دارای درخشندگی بسیار بالایی است.
آنها با ترکیب یک تولیدکننده فوتون نقطه‌ای (وسیله‌ای که فوتون‌های تکی تولید می‌کند) با یک تشدیدگر کوانتومی (دستگاهی برای تقویت سیگنال کوانتومی)، این سیگنال قوی را تولید کردند.
نکته جالب این تحقیق این است که هر یک از این فناوری‌ها به‌طور مستقل در آزمایشگاه‌ها تست شده بودند، اما تا به حال به صورت ترکیبی استفاده نشده بودند. این مطالعه اولین بار است که این دو فناوری با یکدیگر ترکیب شده‌اند.
دانشمندان با استفاده از یک تشدیدگر براگ دایره‌ای (که به عنوان یک منعکس‌کننده برای هدایت امواج الکترومغناطیسی استفاده می‌شود) و یک عملگر پیزوالکتریک (وسیله‌ای که با اعمال فشار یا گرما برق تولید می‌کند) به این موفقیت دست یافتند.
ترکیب این ابزارها یک منبع تولید فوتون بهبودیافته ایجاد کرد که می‌توانست فوتون‌های منتشر شده را برای دستیابی به حداکثر درهم‌تنیدگی قطبی، به‌خوبی تنظیم کند.
جفت‌های فوتونی تولید شده توسط این دستگاه دارای درهم‌تنیدگی و کارایی استخراج بالایی بودند؛ به این معنی که هر فوتون به اندازه کافی درخشان و مفید بود و خاصیت کوانتومی خود را به خوبی حفظ می‌کرد.
پیش از این دستیابی همزمان به سطح بالایی از درخشش و درهم‌تنیدگی مشکل بود؛ زیرا هر یک از این ویژگی‌ها به فناوری‌های مختلفی نیاز داشتند و ترکیب آنها در مقیاس بزرگ دشوار بود.
این پیشرفت بزرگی در توسعه فناوری‌های کوانتومی کاربردی به حساب می‌آید و نشان می‌دهد که چگونه می‌توان این فناوری‌ها را ترکیب کرد تا منبع نوری قوی‌تر و قابل استفاده‌تری ایجاد شود.
با این حال، نباید انتظار داشته باشیم اینترنت کوانتومی به این زودی‌ها محقق شود؛ زیرا بسیاری از این فناوری‌ها هنوز در مراحل آزمایشی و توسعه هستند. علاوه بر این، ساخت تولیدکننده فوتون در این مطالعه نیاز به مواد اولیه سمی مانند آرسنیک داشت که به مراقبت ویژه‌ای در هنگام استفاده نیاز دارد.
همچنین نگرانی‌هایی در مورد ایمنی استفاده از گالیوم آرسنید وجود دارد که تولیدکننده فوتون از آن ساخته شده است. این ماده به دلیل خواص سرطان‌زا و دیگر خطرات، به‌عنوان ماده‌ای خطرناک شناخته می‌شود.
این نگرانی‌های ایمنی ممکن است مقیاس‌پذیری این روش را محدود کند و بنابراین ممکن است نیاز به یافتن مواد جایگزین برای تولید فوتون‌های درخشان و درهم‌تنیده در شبکه‌های ارتباطات کوانتومی آینده باشد.
مرحله بعدی در فرایند توسعه این فناوری، اضافه کردن ساختاری شبیه به دیود به عملگر پیزوالکتریک است. این کار باعث ایجاد میدان الکتریکی در نقاط کوانتومی می‌شود و به مقابله با واهمدوسی کمک کرده و در نتیجه میزان درهم‌تنیدگی را افزایش می‌دهد.
اگرچه هنوز مراحل زیادی برای توسعه یک اینترنت کوانتومی باقی مانده است، اما موفقیت در ترکیب تولیدکننده فوتون و تشدیدگر برای دستیابی به فوتون‌های درخشان و درهم‌تنیده، گامی مهم به سوی این هدف است.
کد مطلب: 80744
