روشی برای کپی و تکثیر اطلاعات کوانتومی!

خلاصه خبر:

محققان مفهومی به نام "پخش کوانتومی مجازی" را پیشنهاد کرده اند که اصل "عدم تکثیر" در مکانیک کوانتومی را دور زده و امکانات جدیدی را برای انتقال اطلاعات کوانتومی فراهم میکند. این مطالعه یک نقشه پخش کوانتومی مجازی را توصیف می‌کند که کپی‌های درهم‌تنیده «مجازی» از حالات کوانتومی را در طول زمان ایجاد میکند. با استفاده از چند اصل، محققان امکان‌سنجی این نقشه را تأیید می‌کنند که امکان ایجاد کپی‌های درهم تنیده از حالت‌های کوانتومی را در طول زمان بدون تکرار فیزیکی آنها فراهم می‌کند. پخش کوانتومی مجازی برای کاربردهای مختلف پردازش اطلاعات کوانتومی نویدبخش است و از هم‌زمانی مبتنی بر زمان، بدون نقض اصول اساسی مکانیک کوانتومی استفاده میکند. محققان ثبات چارچوب را نشان داده و جزئیات پیاده سازی را ارائه میدهند.

توضیحات تکمیلی:

دانشمندان مفهومی به نام «پخش کوانتومی مجازی» یا همان "virtual quantum broadcasting" پیشنهاد کرده‌اند که محدودیت‌های اعمال‌شده توسط "قضیه عدم تکثیر" در مکانیک کوانتومی را دور می‌زند. این مفهوم که در مطالعه‌ای که در Physical Review Letters منتشر شده است، یک نقشه پخش مجازی را معرفی می‌کند که کپی‌های همبسته ای از حالت‌های کوانتومی را در طول زمان بدون تکرار فیزیکی آنها ایجاد می‌کند. محققین قابلیت حیات این نقشه را از طریق یک سری قضایا، نشان دادن استحکام آن و ارائه جزئیات پیاده سازی، تعیین می کنند.

قضیه عدم تکثیر (no-cloning theorem) در مکانیک کوانتومی از تکرار یا کپی کامل اطلاعات کوانتومی جلوگیری می کند. حالت‌های کوانتومی هنگام اندازه‌گیری یا مشاهده فرو می‌ریزند یا تغییر می‌کنند و کپی مستقیم از آنها غیرممکن می‌شود. این محدودیت چالش هایی را برای سیستم های ارتباطی کوانتومی که بر انتقال و بازتولید اطلاعات کوانتومی کارآمد متکی هستند، ایجاد می کند.

این تیم تحقیقاتی شامل دانشمندانی از MIT، دانشگاه هاینان، دانشگاه ناگویا و دانشگاه هنگ کنگ، با هدف کاوش در تحول حالات کوانتومی در طول زمان و درک مفاهیم همبستگی برای حالت‌های کوانتومی خالص بود.

پخش کوانتومی مجازی به صورت مجازی عمل می‌کند و ارتباط بین نمونه‌های مختلف یک حالت کوانتومی را بدون نقض اصول مکانیک کوانتومی برقرار می‌کند. نقشه پخش مجازی سه اصل ساده را برآورده می کند، تضمین سازگاری تحت تغییرات در چارچوب مرجع، تقارن بین انتهای دریافت، و توانایی کپی کردن اطلاعات کلاسیک  که تحت تاثیر ناهمدوسی نیستند.

محققان ثابت می کنند که با استفاده از یک کلونر جهان شمول (universal cloner)  می توان به تقریب فیزیکی نقشه پخش مجازی دست یافت. آنها همچنین نشان می دهند که نقشه را می توان به یک پروتکل اندازه گیری و آماده سازی تجزیه کرد، که شامل یک اندازه گیری مجازی در سیستم کوانتومی و تولید دو نسخه از حالت کوانتومی مجازی بر اساس نتایج اندازه گیری است. در نهایت، آنها معادلی بین عملکرد یک تابع تحول زمانی و نقشه پخش مجازی ایجاد می‌کنند، که نشان می‌دهد نقشه مانند یک عملیات زمانی عمل می‌کند و امکان ایجاد نسخه‌های مجازی مرتبط از حالت‌های کوانتومی را در طول زمان فراهم می‌کند.

معرفی پخش کوانتومی مجازی امکانات جدیدی را برای محاسبات کوانتومی، اطلاعات کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی باز می کند.  درک پخش مجازی به عنوان یک فرآیند فضایی و زمانی، جریان اطلاعات کوانتومی را در طول زمان منعکس می کند. علاوه بر این، پخش مجازی ساختار پنهان پشت فناوری اطلاعات کوانتومی را آشکار می کند و می تواند اقدامات امنیتی در ارتباطات کوانتومی را افزایش دهد.

این تحقیق نشان می دهد که ما در حال ورود به حوزه جدیدی از نظریه کوانتومی مرتبط با ساختار زمان مانند آن هستیم که تا حد زیادی ناشناخته مانده است. این یافته ها به کشف سوالات اساسی کمک می کند و ممکن است منجر به پیشرفت در دستگاه های کوانتومی و اندازه گیری دقت شود.

منبع

Arthur J. Parzygnat et al, Virtual Quantum Broadcasting, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.110203. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2310.13049