خلاصه خبر:
محققان به پیشرفتی در درهم تنیدگی کوانتومی دست یافته و توانایی برهم زدن جفت ذرات درهم تنیده کوانتومی را بدون تغییر خواص مشترک آنها نشان دادند. آنها با درهم تنیدگی دو فوتون و در نظر گرفتن آنها به عنوان یک واحد، ساختار به هم پیوسته خود را آشکار کردند. ارتباط بین فوتون‌ها از طریق درهم تنیدگی کوانتومی برقرار شد و به آنها اجازه می‌داد تا اندازه‌گیری‌های یکدیگر را حتی زمانی که از هم دور هستند تحت تأثیر قرار دهند. محققان از نوعی توپولوژی به نام توپولوژی Skyrmion استفاده کردند که بدون در نظر گرفتن جهتی که رانده می شود، بدون تغییر باقی می ماند. این پیشرفت پیامدهایی برای ارتباطات کوانتومی دارد زیرا راه جدیدی را برای رمزگذاری و حفظ اطلاعات کوانتومی، حتی در سناریوهایی با کمترین درهم تنیدگی پیشنهاد می‌کند.
توضیحات تکمیلی:
محققان دانشگاه Witwatersrand در آفریقای جنوبی با همکاری دانشگاه Huzhou در چین به پیشرفت قابل توجهی در درهم تنیدگی کوانتومی دست یافته اند. این تیم به رهبری پروفسور اندرو فوربس، توانایی برهم زدن جفت ذرات درهم تنیده کوانتومی را بدون تغییر خواص مشترک آنها نشان دادند. آنها این کار را با درهم‌تنیدگی دو فوتون یکسان و سفارشی‌سازی تابع موج مشترکشان به‌گونه‌ای انجام دادند که ساختار آنها تنها زمانی آشکار شود که به‌عنوان یک موجود واحد در نظر گرفته شود. ارتباط بین فوتون‌ها از طریق درهم‌تنیدگی کوانتومی برقرار شد و به ذرات اجازه می‌دهد بر نتایج اندازه‌گیری یکدیگر تأثیر بگذارند، حتی زمانی که با فواصل قابل توجهی از هم جدا شوند.
محققان بر روی نوعی توپولوژی به نام توپولوژی Skyrmion تمرکز کردند که به ویژگی جهانی میدان‌ها اشاره دارد که بدون توجه به جهتی که در آن رانده می‌شود، بدون تغییر باقی می‌ماند. آنها از این توپولوژی برای طبقه بندی و تشخیص حالت های درهم تنیده استفاده کردند و آن را به عنوان یک سیستم برچسب گذاری برای پردازش اطلاعات کوانتومی تصور کردند. این یافته‌ها پیامدهایی برای ارتباطات کوانتومی دارند، زیرا توپولوژی دست نخورده باقی می‌ماند، حتی با فروپاشی درهم تنیدگی.
این یک مکانیسم رمزگذاری جدید بالقوه را نشان می دهد که از درهم تنیدگی در سناریوهایی با حداقل درهم تنیدگی استفاده می کند که در آن پروتکل های سنتی شکست می خورند. حالت درهم‌تنیده کوانتومی غیرمحلی با یک توپولوژی اسکایرمیونی غیر پیش پا افتاده نشان‌داده‌شده در این تحقیق نشان‌دهنده یک تغییر پارادایم جدید است. پیش از این، اسکایرمیون ها به عنوان میدان ها یا ذرات محلی شناخته می شدند، اما این کار ویژگی های غیر محلی و مشترک آنها را نشان می دهد. توپولوژی حالت‌های کوانتومی آنها را در برابر تغییر شکل‌های هموار تابع موج مقاوم می‌سازد و از یکپارچگی آنها تا زمانی که خود درهم‌تنیدگی ناپدید می‌شود، اطمینان حاصل می‌کند.
این پیشرفت، فرصت های هیجان انگیزی را برای حفظ اطلاعات کوانتومی با استفاده از حالت های کوانتومی مهندسی شده توپولوژیکی، حتی در شرایطی که درهم تنیدگی شکننده است، باز می کند. هدف محققان تعریف پروتکل های جدید و گسترش چشم انداز حالت های کوانتومی غیرمحلی توپولوژیکی است که می تواند منجر به پیشرفت در ارتباطات کوانتومی و توسعه سیستم های پردازش اطلاعات کوانتومی انعطاف پذیرتر شود.
منبع
“Non-local skyrmions as topologically resilient quantum entangled states of light” by Pedro Ornelas, Isaac Nape, Robert de Mello Koch and Andrew Forbes, 8 January 2024, Nature Photonics.
DOI: 10.1038/s41566-023-01360-4
