تله پورت کوانتومی فراتر از گره های همسایه گسترش می یابد

فیزیکدانان هلندی برای اولین بار نشان دادند که اطلاعات کوانتومی را می توان به طور قابل اعتماد بین گره های شبکه ای که مستقیماً به یکدیگر متصل نیستند، از راه دور منتقل کرد. به گفته محققانی که جهان را ایجاد کردند اولین شبکه کوانتومی سه گره در QuTech (همکاری بین دانشگاه فناوری دلفت و TNO) در سال 2021، آخرین کار نشان دهنده گامی بیشتر به سمت اینترنت کوانتومی مقیاس پذیر است.

شبکه‌های کوانتومی روشی فوق‌العاده امن برای انتقال اطلاعات بین مکان‌ها یا گره‌های مختلف ارائه می‌کنند. در حالی که این گره ها را می توان با استفاده از فیبرهای نوری معمولی متصل کرد، تلفات فوتون در فیبرها کیفیت یا وفاداری اتصال را محدود می کند: وقتی یک فوتون از بین می رود، اطلاعات کوانتومی آن نیز از بین می رود. استفاده از درهم تنیدگی کوانتومی برای انتقال اطلاعات مستقیم از یک گره به گره دیگر، این مکانیسم از دست دادن را حذف می کند و آن را برای اینترنت کوانتومی آینده مطلوب می کند.

شبکه سه گره‌ای که در QuTech در سال 2021 نشان داده شد، از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌های ساخته شده از مراکز خالی نیتروژن (NV) استفاده می‌کرد که نقص‌هایی در شبکه اتم‌های کربن الماس هستند. هر گره حاوی یک کیوبیت ارتباطی بود و یک گره نیز یک کیوبیت حافظه (ساخته شده از یک اتم کربن مجاور) داشت که می توانست اطلاعات کوانتومی گره را ذخیره کند. بنابراین، بلوک‌های ساختمانی برای درهم‌تنیدگی سه گره از قبل وجود داشت، اما سیستم در حالت‌های انتقال مداوم از راه دور قابل اعتماد نبود.

تلورانس کوانتومی

اولین قدم در انتقال اطلاعات کوانتومی از فرستنده به گیرنده، ایجاد درهم تنیدگی بین کیوبیت های مربوطه است. انجام یک اندازه گیری به اصطلاح حالت زنگ (BSM) روی کیوبیت فرستنده باعث می شود حالت کوانتومی آن تله پورت شود - به این معنی که از گره فرستنده ناپدید می شود و به شکل رمزگذاری شده در گره گیرنده ظاهر می شود. سپس حالت کوانتومی را می توان با استفاده از نتیجه BSM که از طریق یک کانال کلاسیک (مانند فیبر نوری) به گیرنده ارسال می شود، رمزگشایی کرد.

پیش از این، این کار فقط با دو نقطه شبکه مجاور که به طور سنتی آلیس و باب نامیده می شدند، انجام می شد. افزودن نکته سوم، چارلی، کار آسانی نیست، زیرا درهم تنیدگی بین آلیس و چارلی باید از طریق باب، گره میانی ایجاد شود. همچنین نیاز به وفاداری بالا برای عملکردی کردن انتقال از راه دور دارد.

مراحل بهینه سازی

برای دستیابی به این وفاداری بالا، محققان QuTech چندین ارتقاء را انجام دادند. در سیستم قبلی آن‌ها، سیگنال‌های «پیش‌خبر» که نشان‌دهنده درهم‌تنیدگی است، از همان ردیاب‌های نوری می‌آمدند که فوتون‌های مورد استفاده برای درهم‌تنیدگی را شناسایی می‌کردند. با این حال، این می تواند منجر به سیگنال های نادرست به دلیل فرآیندهای نامطلوب مختلف تولید فوتون دوم شود. برای جلوگیری از این امر، تیم یک مسیر تشخیص اضافی را راه‌اندازی کرد که با گرفتن فوتون دوم، سیگنال‌های نادرست را علامت‌گذاری می‌کند.

مشکل دیگری که محققان به آن پرداختند، انتشار طیفی است که باعث می‌شود کیوبیت‌ها از فاز خارج شوند و صحت انتقال را کاهش دهند. این فرآیند تأثیر بیشتری بر فوتون‌های ساطع شده در زمان‌های بعدی دارد، بنابراین تیم پنجره تشخیص را کوتاه کرد.

مجموعه نهایی بهبودها مربوط به حافظه مورد استفاده برای ذخیره اطلاعات کوانتومی بود. ابتدا، تیم از کیوبیت حافظه در برابر تعامل با اسپین های هسته ای همسایه محافظت کرد. برای انجام این کار، آنها یک پالس میدان مغناطیسی را در دنباله درهم‌تنیده‌ای ادغام کردند که کیوبیت حافظه را در بازه‌های زمانی تعیین‌شده می‌چرخاند، در نتیجه میانگین اثرات این فعل و انفعالات ناخواسته را کاهش می‌دهد. آنها همچنین توانایی خود را در خواندن کیوبیت حافظه بهبود بخشیدند. از آنجایی که یکی از حالات کیوبیت حافظه وفاداری مطلوب تری دارد، بازخوانی آن متقارن نیست. با تکرار فرآیند بازخوانی، تیم بازخوانی‌های «بد» را فیلتر کرد و در نهایت وفاداری را افزایش داد.

پرتو من باش

به دنبال این پیشرفت ها، محققان توانستند اطلاعات کوانتومی را بین گره های غیر مجاور چارلی و آلیس انتقال دهند. اول، کیوبیت آلیس و چارلی را از طریق باب درهم می‌بندند. سپس چارلی بخشی از حالت درهم تنیده خود را در کیوبیت حافظه خود ذخیره کرد و حالت کوانتومی را برای تله پورت آماده کرد. استفاده از BSM در چارلی، ایالت را به آلیس انتقال می دهد. سپس محققان نتیجه BSM را برای آلیس فرستادند و وضعیت را با وفاداری 71 درصد - بالاتر از حد کلاسیک ⅔ - بازیابی کردند و ثابت کرد که انتقال از راه دور موفق بوده است.

رونالد هانسونمحقق QuTech که سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت، می‌گوید که گام بعدی تیم گسترش تعداد کیوبیت‌های حافظه خواهد بود که اجرای پروتکل‌های پیچیده‌تر را ممکن می‌سازد. هدف دیگر این است که این فناوری در خارج از محیط آزمایشگاهی کار کند، به عنوان مثال با استفاده از فیبرهای نوری از قبل مستقر شده در یک شبکه واقعی. او می‌گوید: «ما همچنین با دانشمندان رایانه برای توسعه پشته کنترل شبکه کوانتومی همکاری می‌کنیم - پشته مشابهی از لایه‌های کنترلی که در حال حاضر اینترنت را اجرا می‌کند که همه ما امروز از آن استفاده می‌کنیم». دنیای فیزیک

هیوگ دی ریدماتنمحققی در ICFO در بارسلونا، اسپانیا که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید که انتقال از راه دور کوانتومی بر روی گره‌های غیر همسایه یک نقطه عطف مهم است. به نظر او، بزرگترین دستاورد این تیم ترکیب چندین آزمایش چالش برانگیز - که همه آنها باید کاملاً بهینه شوند تا به وفاداری لازم برای تله‌پورت کوانتومی برسند - در یک نمایش واحد بود. د ریدمتن خاطرنشان می کند که تنظیم فعلی تنها می تواند از درصد کمی از فوتون های ساطع شده استفاده کند، که نرخ درهم تنیدگی آن را محدود می کند. با این حال، او می‌افزاید که این می‌تواند با قرار دادن مراکز NV در یک حفره نوری برای جمع‌آوری فوتون‌های بیشتر یا با استفاده از ساطع‌کننده‌های دیگر برطرف شود.

رادنی ون متر در دانشگاه Keio ژاپن نیز این کار را ستایش می کند و آن را به عنوان تفاوت اساسی بین یک کانال ساده که دو طرف را به هم متصل می کند و یک شبکه واقعی توصیف می کند. او خاطرنشان می کند که یکی از مشکلات این است که در هر گره تعداد کیوبیت های زیادی را مقیاس کنیم، اما تیم های دیگر در سراسر جهان روی این مشکل برای کیوبیت های مرکز NV کار کرده اند. با توجه به اینکه تیم دلفت در حال برنامه‌ریزی برای افزایش تعداد گره‌ها در شبکه خود است، او می‌گوید: «منتظر این است که ببیند در آینده چه چیزی تولید می‌کند».

تحقیق در شرح داده شده است طبیعت.

پست تله پورت کوانتومی فراتر از گره های همسایه گسترش می یابد به نظر می رسد برای اولین بار در دنیای فیزیک.

• Coinsmart. بهترین صرافی بیت کوین و کریپتو اروپا.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی رایگان.
• CryptoHawk. رادار آلت کوین امتحان رایگان.
• منبع: https://physicsworld.com/a/quantum-teleportation-expands-beyond-neighbouring-nodes/