طلوع شبکه‌های کوانتومی حالت جامد - جام مقدس علوم اطلاعات کوانتومی

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۳ ژانویه ۲۰۲۳
لینک منبع Dawn of Solid-State Quantum Networks – The Holy Grail of Quantum Information Sciences

جایزه نوبل فیزیک سال گذشته سهم اساسی درهم‌تنیدگی کوانتومی را جشن گرفت و همچنین کاربردهای بالقوه در «انقلاب کوانتومی دوم» را پیش‌بینی کرد - عصر جدیدی که در آن می‌توانیم رمزورازهای مکانیک کوانتومی، از جمله برهم نهی و درهم‌تنیدگی کوانتومی را دستکاری کنیم. یک شبکه کوانتومی در مقیاس بزرگ و کاملاً کاربردی، جام مقدس علوم اطلاعات کوانتومی است. این مرز جدیدی از فیزیک را با امکانات جدیدی برای محاسبات کوانتومی، ارتباطات و اندازه‌شناسی باز خواهد کرد.

یکی از مهم‌ترین چالش‌ها این است که فاصله ارتباطات کوانتومی را تا مقیاسی کاربردی افزایش دهیم. برخلاف سیگنال‌های کلاسیک که می‌توانند بدون نویز تقویت شوند، حالت‌های کوانتومی در برهم‌نهی نمی‌توانند تقویت شوند، زیرا نمی‌توانند به طور کامل شبیه‌سازی شوند. بنابراین، یک شبکه کوانتومی با کارایی بالا نه تنها به کانال‌های کوانتومی و حافظه کوانتومی با تلفات بسیار کم، بلکه به منابع نور کوانتومی با کارایی بالا نیز نیاز دارد. اخیراً پیشرفت‌های هیجان‌انگیزی در ارتباطات کوانتومی مبتنی بر ماهواره و تکرارکننده‌های کوانتومی صورت گرفته است، اما فقدان منابع تک فوتونی مناسب پیشرفت‌های بیشتر را با مشکل مواجه کرده است.

چه چیزی از یک منبع تک فوتون برای کاربردهای شبکه کوانتومی مورد نیاز است؟ ابتدا باید یک (فقط یک) فوتون را در یک زمان ساطع کند. دوم، برای دستیابی به روشنایی، منابع تک فوتون باید بازده سیستم بالا و نرخ تکرار بالایی داشته باشند. سوم، برای کاربردهایی مانند تله‌پورت کوانتومی که نیاز به تداخل با فوتون‌های مستقل دارند، تک فوتون‌ها باید غیرقابل تشخیص باشند. الزامات اضافی شامل یک پلت‌فرم مقیاس‌پذیر، پهنای خط قابل تنظیم و باند باریک (مناسب برای همگام‌سازی زمانی) و اتصال با کیوبیت‌های ماده است.

یک منبع امیدوارکننده، نقاط کوانتومی (QDs)، ذرات نیمه‌هادی تنها چند نانومتری است. با این حال، در دو دهه گذشته، دید تداخل کوانتومی بین QDهای مستقل به ندرت از حد کلاسیک 50 درصد فراتر رفته است و فاصله‌ها به حدود چند متر یا کیلومتر محدود شده است.

همانطور که در Advanced Photonics گزارش شده است، یک تیم بینذالمللی از محققان به تداخل کوانتومی با دید بالا بین دو QDمستقل مرتبط با فیبرهای نوری 300 کیلومتر دست یافته‌اند. آن‌ها منابع تک فوتون کارآمد و غیرقابل تشخیص با نویز فوق‌العاده کم، تبدیل فرکانس تک فوتون قابل تنظیم و انتقال فیبر بلند با پراکندگی کم را گزارش می‌دهند. فوتون‌های منفرد از QD های منفرد رزونانسی که به طور قطعی با ریزحفره‌ها جفت شده‌اند تولید میذشوند. تبدیل فرکانس کوانتومی برای حذف ناهمگنی QD و انتقال طول موج انتشار به باند مخابراتی استفاده می‌شود. تداخل مشاهده شده تا 93٪ است. به گفته نویسنده ارشد Chao-Yang Lu، استاد دانشگاه علم و فناوری چین (USTC)، "پیشرفت‌های عملی می‌تواند مسافت را تا 600 کیلومتر افزایش دهد."

لو اظهار می‌کند: «کار ما از آزمایش‌های کوانتومی قبلی مبتنی بر QDدر مقیاسی از 1 کیلومتر تا 300 کیلومتر، دو مرتبه بزرگ‌تر، جهش کرد و بنابراین چشم‌انداز هیجان‌انگیزی برای شبکه‌های کوانتومی حالت جامد باز می‌کند.» با این جهش گزارش شده، طلوع شبکه‌های کوانتومی حالت جامد ممکن است به زودی آغاز شود.

این متن با استفاده از ربات ترجمه مقالات کوانتوم ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است. در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.