فیزیک‌دانان کوانتومی دستاوردهای نانوسکوپی با اهمیتی عظیم ایجاد کردند

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۱۹ فوریه ۲۰۲۳
لینک منبع: Quantum Physicists Make Nanoscopic Breakthrough of Colossal Significance

در یک پیشرفت جدید، محققان دانشگاه کپنهاگ با همکاری دانشگاه روهر بوخوم، مشکلی را حل کردند که سال‌ها باعث سردرگمی محققان کوانتومی شده بود. اکنون محققان می‌توانند دو منبع نور کوانتومی را به جای یک منبع کنترل کنند. اگرچه ممکن است برای کسانی که در کوانتوم مبتدی و بدون دانش پیشین هستند، پیش‌پا افتاده به نظر برسد، این پیشرفت عظیم به محققان اجازه می‌دهد تا پدیده‌ای به نام درهم‌تنیدگی مکانیکی کوانتومی را ایجاد کنند. این به نوبه خود درهای جدیدی را برای شرکت‌ها و سایرین برای بهره‌برداری تجاری از این فناوری باز می‌کند.

رفتن از یک به دو در بیشتر زمینه‌ها یک دستاورد جزئی است؛ اما در دنیای فیزیک کوانتومی، انجام این کار بسیار مهم است. برای سال‌ها، محققان در سراسر جهان تلاش کرده‌اند منابع نوری کوانتومی پایدار بسازند و به پدیده‌ای به نام درهم‌تنیدگی مکانیکی کوانتومی دست یابند -پدیده‌ای با خواص تقریباً علمی تخیلی، که در آن دو منبع نور می‌توانند به صورت آنی و بالقوه روی یکدیگر تأثیر بگذارند. فواصل جغرافیایی درهم تنیدگی اساس شبکه‌های کوانتومی و مرکزی برای توسعه یک کامپیوتر کوانتومی کارآمد است.

محققان موسسه نیلز بور نتیجه جدیدی را در مجله معتبرScience منتشر کردند که در آن موفق به انجام این کار شدند. به گفته پروفسور پیتر لودال، یکی از محققین پشت این نتیجه، این یک گام مهم در تلاش برای ارتقای توسعه فناوری کوانتومی به سطح بعدی و «کوانتیزه کردن» کامپیوترها، رمزگذاری و اینترنت جامعه است.

اکنون می‌توانیم دو منبع نور کوانتومی را کنترل کرده و آن‌ها را به یکدیگر متصل کنیم. شاید زیاد به نظر نرسد، اما یک پیشرفت بزرگ است و بر اساس ۲۰ سال کار گذشته است. پروفسور پیتر لودال که از سال ۲۰۰۱ تحقیقاتی را در این زمینه انجام داده است، می‌گوید: با انجام این کار، ما کلید افزایش مقیاس فناوری را که برای پیشگامانه‌ترین برنامه‌های سخت‌افزاری کوانتومی ضروری است، آشکار کرده‌ایم.

همه چیز جادویی در نانوتراشه‌ای اتفاق می‌افتد -که خیلی بزرگ‌تر از قطر موی انسان نیست- که محققان در سال‌های اخیر نیز آن را ساخته‌اند.

منابع کوانتومی از قدرتمندترین کامپیوتر جهان پیشی گرفتند

گروه پیتر لودال در حال کار با نوعی فناوری کوانتومی است که از ذرات نور به نام فوتون‌ها به‌عنوان انتقال‌دهنده‌های کوچک برای انتقال اطلاعات کوانتومی استفاده می‌کند.

در حالی که گروه لودال در این رشته از فیزیک کوانتومی پیشرو است، تاکنون تنها قادر به کنترل یک منبع نور در یک زمان بوده است. این به این دلیل است که منابع نوری به شدت به «نویز» بیرونی حساس هستند و کپی کردن آن‌ها را بسیار دشوار می‌کند. در نتیجه جدید، گروه تحقیقاتی موفق به ایجاد دو منبع نور کوانتومی یکسان به جای یک منبع شدند.

«درهم تنیدگی» به این معناست که با کنترل یک منبع نور، شما بلافاصله منبع دیگر را تحت تأثیر قرار می‌دهید. این امکان ایجاد یک شبکه کامل از منابع نور کوانتومی درهم‌تنیده را فراهم می‌کند، که همگی با یک‌دیگر تعامل دارند و می‌توانید عملیات بیت کوانتومی را به همان روشی که بیت‌ها در یک کامپیوتر معمولی انجام می‌دهند، بسیار قدرتمندتر انجام دهید. پسادکترا، الکسی تیرانوف، نویسنده اصلی مقاله توضیح می‌دهد.

این به این دلیل است که یک بیت کوانتومی می‌تواند هم‌زمان ۱ و ۰ باشد که منجر به قدرت پردازشی می‌شود که با استفاده از فناوری رایانه امروزی دست‌نیافتنی است. به گفته پروفسور لودال، تنها ۱۰۰ فوتون ساطع شده از یک منبع نور کوانتومی بیش‌تر از آنچه بزرگ‌ترین ابررایانه جهان می‌تواند پردازش کند، خواهد داشت.

با استفاده از ۲۰ تا ۳۰ منبع نور کوانتومی درهم تنیده، پتانسیل ساخت یک کامپیوتر کوانتومی تصحیح شده خطای جهانی وجود دارد -«جام مقدس» نهایی برای فناوری کوانتومی، که شرکت‌های بزرگ فناوری اطلاعات اکنون میلیاردها دلار را به آن اختصاص می‌دهند.

سایر بازیگران بر اساس این تحقیق خواهند بود

به گفته لودال، بزرگ‌ترین چالش کنترل یک منبع نور کوانتومی به دو منبع نور کوانتومی بوده است. از جمله، این امر باعث شده است تا محققان نانوتراشه‌های بسیار آرامی تولید کنند و کنترل دقیقی بر هر منبع نور داشته باشند.

با پیشرفت تحقیقاتی جدید، تحقیقات بنیادی فیزیک کوانتومی اکنون در حال انجام است. اکنون زمان آن فرا رسیده است که سایر بازیگران کار محققان را بپذیرند و از آن در تلاش‌های خود برای استقرار فیزیک کوانتومی در طیف وسیعی از فناوری‌ها از جمله رایانه، اینترنت و رمزگذاری استفاده کنند.

برای یک دانشگاه بسیار گران است که مجموعه‌ای بسازد که در آن ۱۵ تا ۲۰ منبع نور کوانتومی را کنترل کنیم. بنابراین، اکنون که ما به درک فیزیک کوانتومی بنیادی کمک کرده‌ایم و اولین گام را در این راه برداشته‌ایم، بزرگ‌تر شدن بیش‌تر یک کار تکنولوژیکی است.»

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

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.