آزمایش جدید اطلاعات کوانتومی را بین فناوری‌ها در یک گام مهم برای اینترنت کوانتومی ترجمه می‌کند

24 مارس 2023 (اخبار نانوورکمحققان راهی برای «ترجمه» اطلاعات کوانتومی بین انواع مختلف فناوری‌های کوانتومی کشف کرده‌اند که پیامدهای مهمی برای محاسبات کوانتومی، ارتباطات و شبکه دارد. این تحقیق در مجله منتشر شده است طبیعت ("موج میلی متری با قابلیت کوانتومی به انتقال نوری با استفاده از اتم های خنثی"). این نشان دهنده راه جدیدی برای تبدیل اطلاعات کوانتومی از فرمت مورد استفاده توسط کامپیوترهای کوانتومی به فرمت مورد نیاز برای ارتباطات کوانتومی است. یک حفره ابررسانا نیوبیم. سوراخ ها به تونل هایی منتهی می شوند که برای به دام انداختن نور و اتم ها متقاطع می شوند. (تصویر: آیشواریا کومار) فوتون ها - ذرات نور - برای فناوری اطلاعات کوانتومی ضروری هستند، اما فناوری های مختلف از آنها در فرکانس های مختلف استفاده می کنند. برای مثال، برخی از رایج‌ترین فناوری‌های محاسباتی کوانتومی مبتنی بر کیوبیت‌های ابررسانا هستند، مانند فناوری‌هایی که غول‌های فناوری گوگل و آی‌بی‌ام استفاده می‌کنند. این کیوبیت ها اطلاعات کوانتومی را در فوتون هایی که در فرکانس های مایکروویو حرکت می کنند ذخیره می کنند. اما اگر می‌خواهید یک شبکه کوانتومی بسازید، یا کامپیوترهای کوانتومی را به هم متصل کنید، نمی‌توانید فوتون‌های مایکروویو را به اطراف بفرستید زیرا تسلط آن‌ها بر اطلاعات کوانتومی آن‌ها برای زنده ماندن از سفر بسیار ضعیف است. آیشواریا کومار، فوق دکترای موسسه جیمز فرانک در دانشگاه شیکاگو، گفت: بسیاری از فناوری‌هایی که ما برای ارتباطات کلاسیک استفاده می‌کنیم - تلفن‌های همراه، وای‌فای، جی‌پی‌اس و مواردی از این قبیل- همگی از فرکانس‌های نور مایکروویو استفاده می‌کنند. نویسنده اصلی در مقاله اما شما نمی توانید این کار را برای ارتباطات کوانتومی انجام دهید زیرا اطلاعات کوانتومی مورد نیاز شما در یک فوتون است. و در فرکانس های مایکروویو، این اطلاعات در نویز حرارتی مدفون می شوند. راه حل این است که اطلاعات کوانتومی را به یک فوتون با فرکانس بالاتر، به نام فوتون نوری، که در برابر نویزهای محیط انعطاف پذیرتر است، منتقل کنیم. اما اطلاعات را نمی توان مستقیماً از فوتون به فوتون منتقل کرد. در عوض، ما به یک ماده واسطه نیاز داریم. برخی از آزمایش‌ها دستگاه‌های حالت جامد را برای این منظور طراحی می‌کنند، اما آزمایش کومار چیزی اساسی‌تر را هدف قرار داد: اتم‌ها. الکترون‌های موجود در اتم‌ها فقط مجاز به داشتن مقادیر خاصی از انرژی هستند که سطح انرژی نامیده می‌شود. اگر الکترون در سطح انرژی پایین تری قرار داشته باشد، می توان آن را با برخورد فوتونی که انرژی آن دقیقاً با اختلاف سطح بالاتر و پایین تر مطابقت دارد، به سطح انرژی بالاتری برانگیخت. به طور مشابه، هنگامی که یک الکترون مجبور می شود به سطح انرژی پایین تری سقوط کند، اتم فوتونی با انرژی که با اختلاف انرژی بین سطوح مطابقت دارد ساطع می کند. نمودار سطوح انرژی الکترون روبیدیم. دو مورد از شکاف های سطح انرژی به ترتیب با فرکانس فوتون های نوری و فوتون های مایکروویو مطابقت دارند. از لیزرها برای وادار کردن الکترون به پرش به سطوح بالاتر یا افت به سطوح پایین تر استفاده می شود. (تصویر: آیشواریا کومار) اتم‌های روبیدیوم دو شکاف در سطوح خود دارند که فناوری کومار از آنها بهره‌برداری می‌کند: یکی که دقیقاً برابر با انرژی یک فوتون مایکروویو است و دیگری که دقیقاً برابر با انرژی یک فوتون نوری است. با استفاده از لیزر برای جابجایی انرژی های الکترون اتم به بالا و پایین، این فناوری به اتم اجازه می دهد یک فوتون مایکروویو را با اطلاعات کوانتومی جذب کند و سپس یک فوتون نوری را با آن اطلاعات کوانتومی منتشر کند. به این ترجمه بین حالت‌های مختلف اطلاعات کوانتومی، «تبدیل» می‌گویند. استفاده موثر از اتم ها برای این منظور با پیشرفت قابل توجهی که دانشمندان در دستکاری چنین اجسام کوچکی به دست آورده اند ممکن شده است. کومار گفت: «ما به عنوان یک جامعه فناوری قابل توجهی را در 20 یا 30 سال گذشته ساخته‌ایم که به ما امکان می‌دهد اساساً همه چیز را در مورد اتم‌ها کنترل کنیم. بنابراین آزمایش بسیار کنترل شده و کارآمد است. او می گوید راز دیگر موفقیت آنها پیشرفت میدان در الکترودینامیک کوانتومی حفره است، جایی که یک فوتون در یک محفظه ابررسانا و بازتابنده به دام افتاده است. حفره ابررسانا که فوتون را مجبور به جهش در یک فضای بسته می کند، برهمکنش بین فوتون و هر ماده ای را که درون آن قرار می گیرد، تقویت می کند. اتاق آنها خیلی محصور به نظر نمی رسد - در واقع، بیشتر شبیه یک بلوک پنیر سوئیسی است. اما آنچه شبیه سوراخ است در واقع تونل هایی هستند که در یک هندسه بسیار خاص قطع می شوند، به طوری که فوتون ها یا اتم ها می توانند در یک تقاطع به دام بیفتند. این یک طراحی هوشمندانه است که همچنین به محققان امکان دسترسی به محفظه را می دهد تا بتوانند اتم ها و فوتون ها را تزریق کنند. این فناوری به دو صورت کار می کند: می تواند اطلاعات کوانتومی را از فوتون های مایکروویو به فوتون های نوری منتقل کند و بالعکس. بنابراین می تواند در دو طرف یک اتصال طولانی بین دو کامپیوتر کوانتومی کیوبیت ابررسانا باشد و به عنوان یک بلوک ساختمانی اساسی برای اینترنت کوانتومی عمل کند. اما کومار فکر می‌کند که ممکن است کاربردهای بسیار بیشتری برای این فناوری به جز شبکه‌های کوانتومی وجود داشته باشد. توانایی اصلی آن این است که به شدت اتم ها و فوتون ها را در هم بپیچد - یک کار ضروری و دشوار در بسیاری از فناوری های مختلف کوانتومی در سراسر این میدان. او گفت: «یکی از چیزهایی که ما واقعاً در مورد آن هیجان زده هستیم، توانایی این پلتفرم برای ایجاد درهم تنیدگی واقعا کارآمد است. «درهم تنیدگی تقریباً برای همه چیزهای کوانتومی که ما به آن اهمیت می‌دهیم، از محاسبات گرفته تا شبیه‌سازی گرفته تا اندازه‌شناسی و ساعت‌های اتمی، مرکزی است. من هیجان زده هستم که ببینم چه کارهای دیگری می توانیم انجام دهیم."

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=62669.php