اپتیک و کوانتوم

درام کوانتومی غشای کوچکی است که از ماده ای شیشه مانند و سرامیکی ساخته شده است که سوراخ هایی با الگوی منظمی در امتداد لبه های آن پراکنده شده است. هنگامی که درام با نور لیزر ضربه زده می شود، شروع به ارتعاش می کند و این کار را آنقدر سریع و بدون تداخل انجام می دهد که مکانیک کوانتومی وارد عمل می شود. این ویژگی مدت‌هاست که با گشودن تعدادی از احتمالات فناوری کوانتومی سر و صدایی به پا کرده است. اکنون، همکاری در حوزه‌های مختلف کوانتومی در موسسه نشان داده است که درام همچنین می‌تواند نقش کلیدی برای شبکه رایانه‌های کوانتومی آینده داشته باشد. مانند کیمیاگران مدرن، محققان با تبدیل سیگنال های نور به ارتعاشات صوتی، شکل جدیدی از "حافظه کوانتومی" را ایجاد کرده اند. محققان در مقاله تحقیقاتی خود که به تازگی منتشر شده است، ثابت کرده‌اند که داده‌های کوانتومی از یک کامپیوتر کوانتومی که به‌عنوان سیگنال‌های نوری ساطع می‌شوند - به عنوان مثال، از طریق کابل فیبر نوری که قبلاً برای اتصالات اینترنت پرسرعت استفاده می‌شد - می‌تواند به عنوان ارتعاش در درام ذخیره شود و سپس فوروارد می شود. این چشم اندازهای عالی را برای روزی باز می کند که کامپیوترهای کوانتومی واقعاً می توانند آنچه را که ما انتظار داریم انجام دهند. حافظه کوانتومی احتمالاً برای ارسال اطلاعات کوانتومی در فواصل بسیار مهم است. بنابراین، آنچه محقان توسعه داده اند یک قطعه بسیار مهم برای اینترنت آینده با سرعت کوانتومی و امنیت کوانتومی به شمار می رود.

هنگام انتقال اطلاعات بین دو رایانه کوانتومی از راه دور - یا بین بسیاری از رایانه های کوانتومی در اینترنت کوانتومی - سیگنال به سرعت توسط نویز خاموش می شود. میزان نویز در کابل فیبر نوری هر چه طول کابل طولانی تر باشد به طور تصاعدی افزایش می یابد. در نهایت، دیگر نمی توان داده ها را رمزگشایی کرد. اینترنت کلاسیک و دیگر شبکه‌های کامپیوتری بزرگ این مشکل نویز را با تقویت سیگنال‌ها در ایستگاه‌های کوچک در مسیرهای انتقال حل می‌کنند. اما برای اینکه رایانه‌های کوانتومی روش مشابهی را اعمال کنند، ابتدا باید داده‌ها را به سیستم‌های اعداد باینری معمولی، مانند سیستم‌هایی که توسط یک رایانه معمولی استفاده می‌شود، ترجمه کنند. انجام این کار شبکه را کند می کند و آن را در برابر حملات سایبری آسیب پذیر می کند.

این درام نویدبخش نشان داده است که برای دریافت و ارسال مجدد سیگنال از یک کامپیوتر کوانتومی بسیار مناسب است. بنابراین، هدف گسترش ارتباط بین کوانتومی است. کریستنسن می‌گوید: رایانه‌ها از ایستگاه‌هایی عبور می‌کنند که درام‌های کوانتومی سیگنال‌ها را دریافت و دوباره ارسال می‌کنند، و با انجام این کار، از نویز جلوگیری می‌کنند و داده‌ها را در حالت کوانتومی نگه می‌دارند.» با انجام این کار، سرعت و مزایای کامپیوترهای کوانتومی، به عنوان مثال، در رابطه با محاسبات پیچیده خاص، در سراسر شبکه ها و اینترنت گسترش خواهد یافت.

Mads Bjerregaard Kristensen et al, “Long-lived and Efficient Optomechanical Memory for Light”, Physical Review Letters (2024).