اپتیک و کوانتوم

اینترنت کوانتومی شبکه‌ای از رایانه‌های کوانتومی، حسگرها و دستگاه‌های ارتباطی است که حالت‌های کوانتومی و درهم‌تنیدگی را ایجاد، پردازش و منتقل می‌کند و پیش‌بینی می‌شود که سیستم اینترنت جامعه را تقویت کند و خدمات و امنیت خاصی را ارائه کند که اینترنت فعلی ندارد.

تیمی از فیزیکدانان دانشگاه استونی بروک و همکارانشان با نشان دادن یک اندازه‌گیری شبکه کوانتومی پایه که از حافظه‌های کوانتومی دمای اتاق استفاده می‌کند، گام مهمی در جهت ساخت یک بستر آزمایشی اینترنت کوانتومی برداشته‌اند. حوزه اطلاعات کوانتومی اساساً جنبه های فیزیک، ریاضیات و محاسبات کلاسیک را برای استفاده از مکانیک کوانتومی برای حل مسائل پیچیده بسیار سریعتر از محاسبات کلاسیک و انتقال اطلاعات به شیوه‏‌ای غیرقابل هک ترکیب می‏‌کند.

در حالی‏که چشم انداز یک سیستم اینترنت کوانتومی در حال رشد است و این زمینه با افزایش علاقه محققان و عموم مردم همراه با افزایش میل به سرمایه‌گذاری همراه شده است، تاکنون یک نمونه اولیه اینترنت کوانتومی واقعی ساخته نشده است. به گفته تیم تحقیقاتی استونی بروک، مانع کلیدی برای دستیابی به پتانسیل ایجاد امنیت شبکه‌های ارتباطی، سیستم‌های اندازه‌گیری دقیق‌تر و الگوریتم‌هایی برای تحلیل‌های علمی خاص‌تر، بر توسعه سیستم‌هایی است که قادر به انتقال اطلاعات کوانتومی و درهم‌تنیدگی در بسیاری از گره‌ها و در مسافت‏‌های طولانی هستند. این سیستم‏‌ها، تکرار کننده‏‌های کوانتومی نامیده می‏‌شوند و یکی از چالش‏‌های پیچیده‏‌تر در تحقیقات فعلی فیزیک هستند.

محققان در آخرین آزمایش خود ظرفیت‌‏های تکرارکننده کوانتومی پیشرفت‌ه‏ای دارند. آن‌ها حافظه‌های کوانتومی را که در دمای اتاق کار می‌کنند را ساخته و مشخصه‌یابی کردند و نشان دادند که این حافظه‌ها عملکرد یکسانی دارند. آن‌ها نشان دادند که فرآیند ذخیره و بازیابی کیوبیت‌های نوری در حافظه‌های کوانتومی دمای اتاق، فرآیند تداخل مشترک را به طور قابل‌توجهی مختل نمی‌کند و امکان تعویض درهم‌تنیدگی به کمک حافظه، پروتکلی برای توزیع درهم‌تنیدگی در فواصل طولانی و کلید ساخت کوانتومی عملیاتی را فراهم می‌کند.

علاوه بر این، سخت افزار کوانتومی توسعه یافته توسط این تیم در دمای اتاق کار می‏‌کند، به طور قابل‌توجهی هزینه عملیات را کاهش می‌دهد و سیستم را بسیار سریع‌تر می‏‌کند. بسیاری از تحقیقات کوانتومی در دمای اتاق نیست، بلکه در دمای نزدیک به صفر مطلق است که گران‌تر، کندتر و از نظر فنی برای شبکه چالش‌برانگیزتر است. بنابراین، فناوری دمای اتاق یک فناوری امیدوارکننده برای ساخت شبکه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ است. این تیم نه تنها نتایج حافظه کوانتومی و ارتباطات در دمای اتاق را به‌دست‌آورده است، بلکه رویکرد خود را به ثبت رسانده است. آنها حق ثبت اختراعات ایالات متحده را در مورد ذخیره‌سازی کوانتومی در دمای اتاق و تکرارکننده‌های کوانتومی با نرخ تکرار بالا دریافت کردند. کارکرد این دسته از حافظه‌های کوانتومی با هم در سطح کوانتومی و در دمای اتاق، چیزی است که برای هر اینترنت کوانتومی در هر مقیاسی ضروری است.

Hong-Ou-Mandel interference of single-photon-level pulses stored in independent room-temperature quantum memories, npj Quantum Information (2024).