اتصال حیاتی برای "اینترنت کوانتومی" برای اولین بار ایجاد شد

خلاصه خبر:

محققان با ذخیره و بازیابی موفقیت آمیز اطلاعات کوانتومی برای اولین بار به موفقیت بزرگی در شبکه های کوانتومی دست یافتند. این دستاورد گامی حیاتی در توسعه شبکه های کوانتومی برای محاسبات توزیع شده و ارتباطات ایمن است. این تیم سیستمی ایجاد کردند که یک دستگاه حافظه کوانتومی را با دستگاهی که اطلاعات کوانتومی تولید می کند ترکیب میکند و به آنها اجازه میدهد تا دو جزء را به هم متصل کنند. آنها از فیبرهای نوری معمولی برای انتقال داده های کوانتومی استفاده کردند. این پیشرفت، اتصالات از راه دور و ادغام احتمالی آینده با رایانه های کوانتومی را امکان پذیر میکند. این دستگاه‌ها در طول موجی مشابه با شبکه‌های مخابراتی فعلی کار میکنند که آن را با کابل‌های فیبر نوری استاندارد سازگار میکند.

توضیحات تکمیلی:
 

در یک پیشرفت قابل توجه برای شبکه های کوانتومی، محققان برای اولین بار اطلاعات کوانتومی را با موفقیت تولید، ذخیره و بازیابی کردند. این دستاورد نشان دهنده گامی مهم به سمت توسعه شبکه های کوانتومی برای محاسبات توزیع شده و ارتباطات ایمن است. توانایی به اشتراک گذاری اطلاعات کوانتومی برای حل مسائل پیچیده در زمینه هایی مانند بهینه سازی ریسک مالی، رمزگشایی داده ها، طراحی مولکولی و تجزیه و تحلیل خواص مواد ضروری است.
 

مانع در شبکه های کوانتومی در از دست دادن اطلاعات کوانتومی در طول انتقال از راه دور نهفته است. برای غلبه بر این چالش، محققان سیستمی ایجاد کرده اند که یک دستگاه حافظه کوانتومی را با دستگاهی که اطلاعات کوانتومی تولید می کند ترکیب می کند و از فیبرهای نوری معمولی برای انتقال داده های کوانتومی استفاده می کند.

این پیشرفت با تلاش مشترک بین محققان امپریال کالج لندن، دانشگاه ساوت همپتون و دانشگاه های اشتوتگارت و وورزبورگ در آلمان انجام شد. این تیم با موفقیت دو مؤلفه کلیدی مورد نیاز برای شبکه‌های کوانتومی را به هم متصل کرد و اتصالات از راه دور و اتصال آینده به رایانه‌های کوانتومی را ممکن ساخت.
 

در ارتباطات راه دور کلاسیک، تکرار کننده ها برای تقویت سیگنال ها و جلوگیری از هدر رفتن اطلاعات در فواصل زیاد استفاده می شوند. با این حال، تکرار کننده های کلاسیک را نمی توان با اطلاعات کوانتومی استفاده کرد، زیرا هر تلاشی برای خواندن و کپی کردن اطلاعات باعث از بین رفتن اطلاعات می شود. از سوی دیگر، اتصالات کوانتومی مزیت امنیت بالا را ارائه می دهند، اما چالش هایی را برای شبکه های کوانتومی از راه دور ایجاد می کنند.
 

برای رفع این مشکل، محققان از فوتون های درهم تنیده برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات کوانتومی در فواصل طولانی استفاده کردند. آنها سیستمی را توسعه دادند که در آن یک "نقطه کوانتومی" فوتون تولید می کرد که سپس با استفاده از ابری از اتم های روبیدیم در یک سیستم حافظه کوانتومی ذخیره می شد. سیستم حافظه به فوتون‌ها اجازه می‌دهد تا در صورت نیاز با استفاده از لیزر ذخیره و آزاد شوند.
 

قابل ذکر است که دستگاه های مورد استفاده در این سیستم در همان طول موج شبکه های مخابراتی فعلی کار می کنند و امکان انتقال اطلاعات کوانتومی با استفاده از کابل های فیبر نوری استاندارد را فراهم می کنند.
 

در حالی که قبلاً نقاط کوانتومی مستقل و حافظه‌های کوانتومی کارآمدتری ایجاد شده بود، این دستاورد اولین رابط موفق دستگاه‌ها در طول موج‌های مخابراتی را نشان می‌دهد. محققان اکنون قصد دارند سیستم را با بهبود ثبات طول موج، افزایش مدت زمان ذخیره فوتون و کاهش اندازه کلی سِتاپ، تقویت کنند.
 

این پیشرفت نشان دهنده یک گام مهم رو به جلو در زمینه شبکه های کوانتومی است. همکاری بین کارشناسان موسسات مختلف کلید موفقیت این آزمایش بود و ماهیت چالش برانگیز دستیابی به این نقطه عطف را برجسته کرد. پیشرفت‌های بیشتر در شبکه‌های کوانتومی، راه را برای کاربردهای متحول کننده در حوزه‌های مختلف هموار می‌کند و از قدرت اطلاعات کوانتومی استفاده می‌کند.

منبع

Sarah E. Thomas et al, Deterministic storage and retrieval of telecom light from a quantum dot single-photon source interfaced with an atomic quantum memory, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adi7346