اخبار کوانتومی – انتقال فوتون‌های درهم‌تنیده برای بیش از 30 ساعت
عنوان خبر: انتقال فوتون‌های درهم‌تنیده برای بیش از 30 ساعت
ژانر/موضوع: مخابرات کوانتومی، شبکه کوانتومی
تاریخ انتشار خبر: 12 فوریه 2025
لینک خبر: scitechdaily.com
چکیده:
محققان از آزمایشگاه ملی Oak Ridge، EPB چاتانوگا و دانشگاه تنسی موفق به ارسال سیگنال‌های کوانتومی درهم‌تنیده از طریق یک شبکه فیبر نوری تجاری بدون هیچ‌گونه قطعی یا وقفه‌ای شدند که این دستاورد یک پیشرفت بزرگ در شبکه‌های کوانتومی محسوب می‌شود. آنها از تکنیک جبران‌سازی خودکار قطبش (APC) برای پایدار کردن قطبش فوتون‌ها استفاده کردند تا اختلالات ناشی از عوامل محیطی مانند باد و تغییرات دما را برطرف کنند. سیستم APC از تشخیص هتروداین و الگوریتم کنترل چندمحوری برای پایدارسازی قطبش با پهنای باند بالا و بدون نویز استفاده می‌کند. این آزمایش که بر روی یک شبکه کوانتومی شهری انجام شد، توزیع درهم‌تنیدگی پایدار را به مدت بیش از ۳۰ ساعت با میانگین فیدلیتی 0.94 ± 0.03 نشان داد. این پیشرفت ما را به راه‌اندازی اینترنت کوانتومی عملی که امنیت و کارایی بالاتری نسبت به شبکه‌های کنونی ارائه می‌دهد، نزدیک‌تر می‌کند.
شرح کامل خبر:
دستاورد انقلابی محققان از آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL)، EPB چاتانوگا و دانشگاه تنسی در چاتانوگا (UTC) گامی مهم در توسعه شبکه‌های کوانتومی به شمار می‌رود. تحقیق آنها موفق به نشان دادن انتقال سیگنال‌های کوانتومی درهم‌تنیده از طریق یک شبکه فیبر نوری تجاری با 100% آپتایم یعنی بدون هیچ‌گونه قطعی یا وقفه شد و چالش اصلی بی‌ثباتی قطبش در سیستم‌های ارتباطات کوانتومی را برطرف کرد. این دستاورد بسیار حیاتی است زیرا ما را به راه‌اندازی اینترنت کوانتومی عملی که امنیت و کارایی بالاتری نسبت به شبکه‌های کنونی کلاسیک ارائه می‌دهد، نزدیک‌تر می‌کند.
در قلب این نوآوری، تکنیک جبران‌سازی خودکار قطبش (APC) قرار دارد که قطبش فوتون‌ها را در طول انتقال پایدار می‌کند. قطبش ویژگی فوتون‌ها است که نقش مهمی در ارتباطات کوانتومی ایفا می‌کند، جایی که بیت‌های کوانتومی در حالات قطبش فوتون‌ها کدگذاری می‌شوند. با این حال، عواملی محیطی مانند باد، تغییرات دما و تنش‌ها بر روی کابل‌های فیبر نوری می‌توانند قطبش فوتون‌ها را دچار اختلال کنند که منجر به تداخل سیگنال می‌شود. روش‌های سنتی برای جبران خطاهای قطبش نیاز به بازنشانی‌های مکرر داشتند که باعث قطع موقت شبکه می‌شدند، که در سیستم‌های با عملکرد بالا غیرقابل قبول است.
سیستم APC تیم تحقیقاتی این مشکل را با استفاده از تکنیک پیشرفتهای که تشخیص هتروداین (heterodyne detection) را با الگوریتم کنترل چندمحوری (multi-axis control algorithm) برای پایدارسازی قطبش با پهنای باند بالا ترکیب می‌کند، حل کرده است. تشخیص هتروداین شامل مقایسه سیگنال ورودی با یک سیگنال مرجع است که امکان تنظیمات آنی برای حفظ یکپارچگی سیگنال را فراهم می‌کند. این روش تضمین می‌کند که خطاهای قطبش ناشی از عوامل محیطی به سرعت اصلاح شوند بدون اینکه سیگنال مختل شود. استفاده از سیگنال‌های مرجع کلاسیک کم نور با چند طول موج باعث اندازه‌گیری‌های دقیق و بدون نویز می‌شود و ارتباطات کوانتومی با کیفیت بالا و کمترین تداخل را تضمین می‌کند.
یکی از ویژگی‌های کلیدی فنی سیستم APC توانایی آن در حفظ توزیع درهم‌تنیدگی با فیدلیتی بالا است. محققان این موضوع را با ارسال جفت‌های فوتون درهم‌تنیده از طریق یک شبکه کوانتومی شهری به مدت بیش از 30 ساعت با میانگین فیدلیتی نسبی 0.03 ± 0.94 نشان دادند. این دستاورد قابل توجه است زیرا حفظ درهم‌تنیدگی پایدار در فواصل طولانی برای ایجاد شبکه‌های کوانتومی قابل اعتماد ضروری است. آزمایش‌ها بر روی یک شبکه فیبر نوری تجاری که توسط EPB در چاتانوگا اداره می‌شد، انجام شد و از طول موج‌های C-band و L-band برای جبران قطبش استفاده گردید.
ادغام چندین کانال طول موجی در این آزمایش یک لایه دیگر از استحکام به روش APC اضافه می‌کند. این مالتی‌پلکسینگ طول موج‌ها امکان استفاده بهینه‌تر از زیرساخت فیبر نوری را فراهم می‌آورد و ظرفیت کلی شبکه کوانتومی را افزایش می‌دهد. محققان همچنین اطمینان حاصل کرده‌اند که روش APC آنها می‌تواند به انواع مختلف قطبش‌ها اعمال شود که این امر کاربردی بودن آن را در سیستم‌های ارتباطات کوانتومی دنیای واقعی تقویت می‌کند.
جوزف چپمن، محقق اصلی از ORNL، بر این نکته تأکید کرد که هدف این پروژه توسعه سیستم‌های ارتباطات کوانتومی است که به‌طور یکپارچه و بدون وقفه عمل کنند، مشابه سیستم‌های اینترنتی کنونی. موفقیت این روش در تضمین انتقال مستمر بدون وقفه به مدت بیش از 30 ساعت، جهشی بزرگ در مسیر ساخت اینترنت کوانتومی مقاوم و مقیاس‌پذیر به شمار می‌رود. کار تیم تحقیقاتی نیاز به بازنشانی‌های دوره‌ای (periodic resets) را از بین می‌برد و بهبود قابل توجهی نسبت به روش‌های قبلی که به قطع موقت شبکه نیاز داشتند، ارائه می‌دهد.
این تحقیق افق‌های جدیدی برای آینده ارتباطات کوانتومی باز می‌کند. با پیشرفته‌تر شدن شبکه‌های کوانتومی، توانایی ارسال سیگنال‌های کوانتومی درهم‌تنیده به‌طور قابل‌اطمینان در فواصل طولانی بدون اختلال، برای ایجاد اینترنت کوانتومی امن و کارآمد بسیار حیاتی خواهد بود. این پیشرفت همچنین پایه‌گذار پیشرفتهای آینده در محاسبات کوانتومی است، جایی که توانایی درهم‌تنیدگی و تله‌پورت اطلاعات کوانتومی کلیدی است.
گام‌های بعدی برای تیم تحقیقاتی شامل تصحیح تکنیک APC برای گسترش پهنای باند و دامنه جبران‌سازی است تا عملکرد بهتری در شرایط مختلف فراهم شود. جوزف چپمن همچنین برای این روش درخواست ثبت اختراع کرده است که می‌تواند به فناوری اصلی برای سیستم‌های ارتباطات کوانتومی آینده تبدیل شود. علاوه بر این، EPB قصد دارد به بهبود شبکه کوانتومی خود ادامه دهد و امیدوار است چاتانوگا را به عنوان مرکزی برای توسعه فناوری کوانتومی معرفی کند. این همکاری با ORNL و دانشگاه تنسی به پیشرفتهای علمی و صنعتی در زمینه علم و فناوری اطلاعات کوانتومی کمک خواهد کرد و مرزهای جدیدی را در زمینه ارتباطات کوانتومی باز خواهد کرد.
منابع:
[1] https://scitechdaily.com/quantum-networking-breakthrough-as-entangled-photons-transmit-without-interruption-for-30-hours/
[2] https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-32-26-47589&id=565352
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
