نخستین تلهپورت اطلاعات کوانتومی میان فوتونهایی از دو نقطهٔ کوانتومی متفاوت
عنوان خبر: نخستین تلهپورت اطلاعات کوانتومی میان فوتونهایی از دو نقطهٔ کوانتومی متفاوت
ژانر/موضوع: ارتباطات کوانتومی، تلهپورت کوانتومی
تاریخ انتشار خبر: 18 نوامبر 2025
لینک خبر: phys.org
چکیده:
پژوهشگران دانشگاه اشتوتگارت یک پیشرفت مهم در مسیر ساخت اینترنت کوانتومی عملی به دست آوردهاند. آنها برای نخستین بار توانستند اطلاعات کوانتومی را میان فوتونهایی منتقل کنند که از دو نقطهٔ کوانتومی (Quantum Dot) متفاوت ساطع شدهاند.
این کار یکی از دشوارترین چالشهای فنی در توسعهٔ تکرارکنندههای کوانتومی است؛ دستگاههایی که برای گسترش ارتباطات کوانتومی در شبکههای فیبر نوری حیاتی هستند. در ارتباطات کوانتومی، بیتهای کوانتومی در قطبش فوتونهای تکفوتونی رمزگذاری میشوند و برخلاف سیگنالهای کلاسیک، نمیتوان این حالتهای کوانتومی را تقویت یا کپی کرد. بنابراین برای ارتباطات با بُرد طولانی لازم است حالت یک فوتون به فوتونی دیگر «تلهپورت» شود. این کار تنها زمانی ممکن است که فوتونها تقریباً کاملاً یکسان باشند، موضوعی که با منابع نیمهرسانای متفاوت بسیار دشوار است. تیم اشتوتگارت با همکاری پژوهشگران Dresden و Saarland، نقاط کوانتومیای ساختهاند که فوتونهایی تقریباً همسان تولید میکنند و با استفاده از مبدلهای فرکانسی، اختلافهای باقیمانده را اصلاح کردهاند.
آنها موفق شدند حالت قطبش یک فوتون را از یک نقطهٔ کوانتومی به فوتونی متعلق به نقطهٔ کوانتومی دیگر انتقال دهند؛ آن هم از طریق یک جفت فوتون درهمتنیده. این تلهپورت کوانتومی از طریق یک فیبر نوری ۱۰ متری انجام شد. این نتایج گامی بسیار مهم به سوی ساخت تکرارکنندههای کوانتومی مقیاسپذیر به شمار میروند. پژوهشگران اکنون در تلاشاند راندمان تلهپورت (که اکنون کمی بیش از ۷۰٪ است) را افزایش دهند و فاصلهٔ انتقال را بیشتر کنند. کارهای قبلی همین گروه نشان داده بود که درهمتنیدگی فوتونهای نقاط کوانتومی پس از ۳۶ کیلومتر انتقال درون شهر اشتوتگارت نیز حفظ میشود؛ موضوعی که نشان میدهد این فناوری میتواند شبکههای کوانتومی در مقیاس شهری را پشتیبانی کند.
شرح کامل خبر:
پژوهشگران مؤسسهٔ اپتیک نیمهرسانا و رابطهای عملکردی (IHFG) در دانشگاه اشتوتگارت، با همکاری همتایان خود در درسدن و زارلند، به یک دستاورد کلیدی در مسیر ساخت اینترنت کوانتومی دست یافتهاند: انتقال یا تلهپورت اطلاعات کوانتومی میان فوتونهایی که از دو نقطهٔ کوانتومیِ متفاوت تولید شدهاند. این نخستین بار در جهان است که تلهپورت کوانتومی با فوتونهای منشاءگرفته از منابع جامد حالتِ متمایز انجام میشود که گامی بسیار مهم برای ساخت شبکههای مقیاسپذیر و تکرارکنندههای کوانتومی محسوب میگردد.
اینترنت کوانتومی اطلاعات را در حالتهای قطبش فوتونهای تکذرهای رمزگذاری میکند. از آنجا که این حالتها از قوانین مکانیک کوانتومی پیروی میکنند، هرگونه تلاش برای شنود باعث آشکار شدن دستکاری میشود و همین ویژگی اساس رمزنگاری کوانتومی است. اما انتقال از راه دور در فیبر نوری نیازمند تازهسازی دورهای اطلاعات کوانتومی است؛ کاری که در سامانههای کلاسیک با تقویتکننده انجام میشود، اما در دنیای کوانتومی امکانپذیر نیست زیرا حالتهای کوانتومی را نمیتوان کپی کرد. راهحل، استفاده از تکرارکنندههای کوانتومی است که با بهرهگیری از تلهپورت کوانتومی حالتِ نامعلوم را بدون اندازهگیری مستقیم از یک فوتون به فوتونی دیگر منتقل میکنند.
تیم اشتوتگارت از دو نقطهٔ کوانتومی GaAs استفاده کرد: یکی برای انتشار تک فوتونهای قطعی (deterministic single photons) و دیگری برای تولید جفت فوتونهای درهمتنیده با فیدلیتی بالا که دو عنصر سختافزاری حیاتی برای شبکههای آینده تلقی میگردند. در این آزمایش، حالت قطبش یک فوتون از یک نقطه کوانتومی، به فوتون شریک یک جفت درهمتنیده تولید شده توسط نقطه دوم منتقل شد. این فرایند با اندازهگیری حالت بل با قطبش انتخابی (polarization-selective Bell-state measurement) انجام شد؛ اندازهگیریای که دو فوتون را در یک حالت مشترک درهمتنیده قرار داده و در نتیجه اطلاعات را به فوتون دوردست منتقل میکند.
چالش اصلی، تفاوت طبیعی نقاط کوانتومی در رنگ و پروفایل زمانی فوتونها بود. برای رفع این مشکل، پژوهشگران از مبدلهای فرکانس کوانتومی استفاده کردند؛ ابزارهایی که انرژی فوتون را بدون تغییر قطبش جابهجا میکنند و بدین ترتیب عدم تطابق طیفی را از بین بردند. این کار امکان تداخل دو فوتون در طولموجهای مخابراتی با دید (visibility) حدود ≈۳۰٪ و دستیابی به فیدلیتی تلهپورت ≈۰٫۷۲—که بالاتر از حد کلاسیک میباشد—را فراهم کرد.
اگرچه این آزمایش در فاصلهٔ حدود ۱۰ متر انجام شد، همین گروه پیشتر پایداری درهمتنیدگی را در مسیر ۳۶ کیلومتری فیبر در شهر اشتوتگارت نشان داده بود. انتظار میرود بهبود فناوری ساخت نیمهرساناها، یکنواختی فوتونها و نرخ موفقیت تلهپورت را افزایش دهد و تکرارکنندههای کوانتومی مبتنی بر نیمهرساناها را یک گام دیگر به کاربردهای واقعی اینترنت کوانتومی نزدیکتر کند.
منابع:
[1] https://phys.org/news/2025-11-quantum-teleportation-photons-distant-sources.html
[2] https://www.nature.com/articles/s41467-025-65912-8
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
