توسعه فیبرهای نوری نسل بعدی برای انتقال داده های کوانتومی آینده

خلاصه خبر:

محققان دانشگاه بت نسل جدیدی از فیبرهای نوری را طراحی کردند. این نوع فیبرنوری مخصوص رفع چالش‌های پیش بینی شده در انتقال داده‌های محاسبات کوانتومی هستند. برخلاف نوع معمولی، این نوع فیبر نوری هسته‌ای ساختارریزی دارد که شامل یک الگوی پیچیده از حفره‌های هوا در طول کل طول فیبر است. این طراحی ویژه به پژوهشگران امکان میدهد تا خواص نور درون فیبر را تغییر دهند و به تولید فوتون‌های درهمتنیده، تبدیل طول موج و حتی به دام انداختن اتم‌ها بپردازند. انتظار میرود که این فیبر نوری نقش حیاتی در ایجاد زیرساخت‌های اینترنت کوانتومی آینده ایفا کند. با امکان انتقال اطلاعات کوانتومی در فواصل طولانی، پایه‌ های رایانه‌های کوانتومی آینده، راحتتر از قبل ساخته خواهدشد.با ایجاد این تکنولوژی، گامی مهم در راستای تحقق وعده‌های رایانش کوانتومی، از حل مسائل پیچیده تا ارائه رمزگذاری غیرقابل شکست برداشته شده است.

توضیحات تکمیلی:

فیزیکدانان نسل جدیدی از فیبرهای نوری را توسعه داده‌اند که می‌تواند به طور قابل توجهی انتقال داده‌های کوانتومی را بهبود بخشد. این فیبرهای جدید به گونه‌ای طراحی شده‌اند که افت انرژی ونویزکانال را به حداقل برسانند، این دو،  عامل‌هایی هستند که می‌توانند حالت‌های کوانتومی اطلاعات را مختل کنند. با استفاده از مواد ویژه و طراحی‌های پیشرفته، این فیبرها قادر به حفظ سیگنال‌های کوانتومی در فواصل طولانی هستند که برای ساخت شبکه‌های کوانتومی در مقیاس‌های‌ مختلف ضروری است.

چالش اصلی در انتقال داده‌های کوانتومی حفظ یکپارچگی کیوبیت‌ها(واحدهای اطلاعات کوانتومی) است. برخلاف بیت‌های کلاسیک، کیوبیت‌ها می‌توانند به دلیل پدیده‌هایی مانند برهم نهی کوانتومی در حالت‌های مختلف به‌طور همزمان قرار داشته باشند. فیبرهای نوری سنتی برای این انتقال‌های حساس بهینه‌سازی نشده‌اند و اغلب منجر به تضعیف سیگنال می‌شوند. فیبرهای جدید به‌طور خاص برای غلبه بر این چالش‌ها طراحی شده‌اند و تضعیف را کاهش داده و از همدوسی حالت‌های کوانتومی اطمینان حاصل می‌کنند.

این پیشرفت به ویژه برای آینده ارتباطات امن اهمیت زیادی دارد. انتقال داده‌های کوانتومی از طریق توزیع کلید کوانتومی (QKD) می‌تواند روش‌های رمزنگاری ارائه دهد که به صورت تئوریک غیرقابل شکست هستند، زیرا هرگونه تلاش برای استراق سمع داده‌ها، حالت کیوبیت را تغییر می‌دهد و وجود جاسوس را آشکار می‌کند. این امر، فناوری بسیار مطلوبی برای امنیت ارتباطات حساس در حوزه‌هایی مانند امور مالی، دفاع و حریم خصوصی شخصی است.

علاوه بر این، فیبرهای بهبودیافته می‌توانند به ایجاد شبکه‌های کوانتومی یا "اینترنت کوانتومی" کمک کنند. چنین شبکه‌ای امکان ارتباط فوری و امن در فواصل بسیار دور را فراهم می‌کند و بسیاری از محدودیت‌های فناوری فعلی را کنار می‌گذارد. این نه‌تنها امنیت داده‌ها را افزایش می‌دهد، بلکه پیشرفت‌هایی در محاسبات کوانتومی توزیع‌شده( زمان هایی که چندین پردازنده کوانتومی با هم کار می‌کنند تا مسائل پیچیده را حل کنند) امکان‌پذیر می‌سازد.

در مجموع، توسعه فیبرهای نوری نسل جدید یک گام مهم به جلو در فناوری کوانتومی محسوب می‌شود که شیوه‌های جدیدی را برای ارتباطات امن و محاسبات کوانتومی در مقیاس‌ های مختلف ممکن می‌سازد. با پیشرفت تحقیقات، این فیبرها می‌توانند ستون اصلی شبکه‌های کوانتومی آینده شوند و نحوه انتقال و محافظت از اطلاعات را در عصر دیجیتال متحول کنند.
 

منبع

https://scitechdaily.com/physicists-develop-next-gen-optical-fibers-for-future-quantum-data-transfer/

McGarry, Cameron, et al. "Microstructured optical fibres for quantum applications: perspective." arXiv preprint arXiv:2405.11140 (2024).