مروری بر شبکه های کوانتومی آینده

تئوری کوانتومی درهم تنیدگی اتم ها را پیش بینی می کند و انتظار می رود به کمک نیروی کوانتومی بتوان میلیون ها اتم را در هم آمیخت. مهم ترین ویژگی این فناوری عدم محدودیت فاصله است و برای استفاده از آن نیازی نیست اتم ها در کنار یکدیگر در یک ساختار میکروسکوپی قرار گرفته باشند. با این حال، همانطور که پیش از این نیز عنوان کردیم تمام این تئوری بر مبنای پیش بینی بنا شده است و اکنون با تلاش های آزمایشگاهی بسیار زیاد توانسته ایم بخش کوچکی از حقیقت این تئوری را کشف کنیم. پژوهشگران دانشگاه ژنو سوئیس به تازگی توانسته اند به نشانه های بسیار خوبی از تئوری کوانتومی دست یابند و آن ها موفق شدند ۱۶ میلیون اتم را در یک کریستال به اندازه ۱ سانتیمتر در هم آمیخته کنند.

البته دست یابی به یک تجربه عملی در هم آمیخته شدن اتم ها برای پژوهشگران چندان چالش برانگیز نیست چرا که آن ها می توانند با جداسازی فوتون ها، آن ها را با یکدیگر ترکیب کنند و ساختاری در هم تنیده ایجاد کنند و مهم ترین دست آورد این پژوهشگران نظارت و ضبط تصاویر فرآیند در هم آمیخته شدن فوتون ها بوده است که بسیار حیرت انگیز است.

دست آورد علمی اخیر توسط تیم پژوهشی UNIGE که از متخصصان علم فیزیک کاربردی تشکیل شده است انجام شده است و پژوهشگر ارشد این تیم فلویان فرویس در یک کنفرانس خبری، فعالیت های اخیر این تیم را شرح داد. وی اذعان کرد: « نظارت مستقیم بر فرآیند در هم آمیخته شدن اتم ها به دلیل تعداد بسیار زیاد آن ها و حجم بسیار بزرگ داده ای که باید گردآوری و تجزیه و تحلیل شود، عملاً غیر ممکن است ».

با این حال آقای فرویس و تیم وی فهرستی از ابزارهای سنجشی که می تواند آن ها را در رسیدن به هدف خود یاری رسانند تهیه کردند، البته آن ها در انتخاب این ابزارها توجه ویژه ای به شواهد احتمالی داشته اند. آن ها بر روی یک جهت از پرتویی که دوباره توسط کریستال منعکس شده بود تمرکز کردند و داده های آماری آن را بررسی کردند. به این ترتیب آن ها موفق شدند در هم تنیدگی ۱۶ میلیون اتم را بررسی کنند.

شبکه های کوانتومی به منظور حفاظت از داده ها در آینده از اهمیت به سزایی برخوردار هستند، زیرا به کمک این شبکه ها می توان ضمن ارسال پیام، اختلال های تأثیرگذار بر روی آن را با سرعت بسیار زیادی رهگیری و شناسایی کرد. ارسال و دریافت این پیام ها، مستلزم استفاده از تکرار کننده های کوانتومی است. این تکرار کننده ها می توانند به وسیله نیروی کوانتومی خود در هم آمیختگی اتم ها را یکپارچه کند و مهم ترین مزیت آن ها عدم محدودیت فاصله است بنابراین می توان این تکرار کننده ها را با فاصله های بسیار زیادی از یکدیگر قرار داد.

این تکرار کننده های کوانتومی از موانع کریستالی تشکیل شده اند که در دمای منفی ۲۷۰ درجه سانتیگراد زیر صفر نگه داری می شوند و توسط اتم های بسیار نادر زمینی غنی شده اند. هنگامی که فوتون ها با این موانع برخورد می کنند، پدیده در هم آمیختگی ایجاد می شود.

در هم آمیختگی ذرات، پایه و اساس انقلاب رایانش کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی به شمار می رود که در فناوری هایی نظیر هوش مصنوعی و داروهای شخصی سازی شده به کار خواهند رفت. البته دست یابی به تمام این فناوری ها مستلزم در هم آمیخته شدن اتم ها در سطح کوانتومی است که پژوهش اخیر موفق شده است به دست آوردهای بسیار ارزشمندی در این زمینه دست یابد.