چیزی که تا دیروز فقط در فیلم‌های علمی-تخیلی می‌دیدیم، امروز یک گام بزرگ به واقعیت نزدیک‌تر شد! محققان چینی به یک دستاورد انقلابی دست یافته‌اند که می‌تواند سنگ بنای اینترنت کوانتومی آینده باشد. آن‌ها برای اولین بار در جهان موفق شدند حالت کوانتومی یک ذره نور (کیوبیت) را به یک حافظه کوانتومی حالت جامد تله‌پورت کنند! 🚀
اهمیت این کشف در این است که کل این فرآیند با استفاده از تجهیزات و طول موج‌های استاندارد مخابراتی انجام شده است. این یعنی می‌توانیم شبکه‌های کوانتومی آینده را با زیرساخت‌های فیبر نوری امروزی ادغام کنیم.
تله‌پورت کوانتومی: فراتر از تخیل
تله‌پورت کوانتومی پدیده‌ای است که در آن اطلاعات کوانتومی یک ذره، بدون حرکت فیزیکی خود ذره، از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر منتقل می‌شود. این شگفتی با بهره‌گیری از درهم‌تنیدگی کوانتومی (Quantum Entanglement) ممکن می‌شود؛ حالتی که در آن دو ذره به گونه‌ای به هم پیوند می‌خورند که هر تغییری در یکی، به صورت آنی بر دیگری تأثیر می‌گذارد، حتی اگر میلیون‌ها کیلومتر از هم فاصله داشته باشند! این پدیده، ستون فقرات اینترنت کوانتومی آینده است؛ شبکه‌ای که قادر به انتقال اطلاعات به صورت کاملاً امن و آنی خواهد بود.
حل چالش بزرگ: ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی
یکی از بزرگ‌ترین موانع بر سر راه ساخت یک شبکه کوانتومی مقیاس‌پذیر، ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی بوده است. برای انتقال اطلاعات در فواصل طولانی، شبکه‌های کوانتومی به "تکرارکننده‌های کوانتومی" (Quantum Repeaters) نیاز دارند که در هر بخش از این تکرارکننده‌ها، یک حافظه کوانتومی باید بتواند حالت کوانتومی را به طور موقت ذخیره کند.
به گزارش Phys، پروفسور «شیائو-سانگ ما» (Xiao-Song Ma)، سرپرست این پژوهش از دانشگاه نانجینگ چین، می‌گوید: "برای افزایش مسافت انتقال، ادغام حافظه کوانتومی در یک سیستم تله‌پورت، از اهمیت بالایی برخوردار است." علاوه بر این، بیشتر آزمایش‌های قبلی نیازمند تبدیل فرکانس سیگنال‌های نوری بودند که استفاده از آن‌ها را در زیرساخت‌های فیبر نوری امروزی غیرممکن می‌کرد.
محققان دانشگاه نانجینگ برای اولین بار به طور همزمان بر این دو مشکل غلبه کردند. آن‌ها یک سیستم پیچیده و پنج‌بخشی را طراحی کردند که تمام اجزای آن با طول موج استاندارد مخابراتی (باند C ۱.۵ میکرومتری) کار می‌کند. در این آزمایش، حالت کوانتومی یک فوتون مخابراتی با موفقیت به درون حافظه حالت جامد تله‌پورت شد.
اثبات وفاداری کوانتومی
برای اثبات اینکه این فرآیند واقعاً یک تله‌پورت کوانتومی بوده و نه یک پدیده کلاسیک، محققان با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته توموگرافی حالت و فرآیند کوانتومی، "وفاداری" (Fidelity) حالت منتقل‌شده را اندازه‌گیری کردند. نتایج نشان داد که وفاداری این فرآیند از حد کلاسیک فراتر رفته است؛ این یعنی اطلاعات به شکلی منتقل شده که در فیزیک کلاسیک غیرممکن است.
محققان می‌گویند: "کل سیستم ما از اجزایی استفاده می‌کند که کاملاً با شبکه‌های فیبر نوری موجود سازگار هستند. این پلتفرم، یک رویکرد بسیار امیدوارکننده را برای شبکه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ ایجاد می‌کند." گام بعدی این تیم، تمرکز بر بهبود عملکرد حافظه کوانتومی، به ویژه افزایش مدت زمان ذخیره‌سازی و افزایش بهره‌وری آن است.
این دستاورد مهم، مسیر رسیدن به یک اینترنت کوانتومی کاربردی و مقیاس‌پذیر را بسیار روشن‌تر و هموارتر از همیشه کرده است. این پژوهش در ژورنال معتبر Physical Review Letters منتشر شده است.
