اپتیک و کوانتوم

به طور سنتی، اطلاعات کوانتومی بر روی کیوبیت ها رمزگذاری می شوند که می توانند در حالت 0، 1 یا هر دو به طور همزمان وجود داشته باشند. این کیفیت آنها را برای محاسبات پیچیده ایده آل می کند اما مقدار داده ای را که می توانند در ارتباطات حمل کنند محدود می کند. برعکس، qudits می‌تواند اطلاعات را در ابعاد بالاتر رمزگذاری کند و داده‌های بیشتری را در یک حرکت انتقال دهد. این تکنیک جدید از دو ویژگی نور - حالت فضایی و قطبش - برای ایجاد qudit های چهار بعدی استفاده می کند. این qudit ها بر روی یک تراشه خاص ساخته شده اند که امکان دستکاری دقیق را فراهم می کند. این دستکاری در مقایسه با روش‌های مرسوم به سرعت انتقال داده‌ها و افزایش مقاومت در برابر خطاها منجر می‌شود. یکی از مزایای کلیدی این روش، توانایی qudits برای حفظ خواص کوانتومی خود در فواصل طولانی است. این باعث می شود که آنها برای کاربردهایی مانند ارتباطات کوانتومی مبتنی بر ماهواره، که در آن داده ها باید مسافت های زیادی را بدون از دست دادن یکپارچگی خود طی کنند، عالی هستند. این فرآیند با ایجاد یک حالت درهم تنیده خاص با استفاده از دو فوتون شروع می شود. درهم تنیدگی پدیده‌ای است که در آن دو ذره به هم متصل می‌شوند و بدون در نظر گرفتن جدایی فیزیکی، سرنوشت یکسانی دارند. در این حالت، یک فوتون (فوتون سیگنال) روی تراشه دستکاری می شود تا با استفاده از حالت فضایی و قطبش آن یک qudit  4 بعدی ایجاد کند. فوتون دیگر بدون تغییر باقی می ماند و به عنوان یک کنترل از راه دور برای فوتون سیگنال عمل می کند. با دستکاری فوتون دوم، دانشمندان می توانند وضعیت فوتون سیگنال را کنترل کرده و اطلاعات را روی آن رمزگذاری کنند.

این روش جدید پتانسیل ایجاد انقلابی در زمینه ارتباطات کوانتومی را دارد. این راه را برای یک اینترنت کوانتومی پرسرعت هموار می کند که می تواند حجم عظیمی از داده را به طور ایمن در فواصل طولانی منتقل کند. علاوه بر این، می‌تواند منجر به توسعه پروتکل‌های رمزنگاری ناگسستنی شود و به ایجاد رایانه‌های کوانتومی قدرتمندی کمک کند که قادر به حل مشکلات فراتر از دسترس رایانه‌های کلاسیک هستند. محققان در حال حاضر بر بهبود دقت qudits و افزایش فناوری برای رسیدگی به ابعاد حتی بالاتر تمرکز می کنند.

More information: Haoqi Zhao et al, Integrated preparation and manipulation of high-dimensional flying structured photons, eLight