پایداری پیوند داده کوانتومی با استفاده از انتقال فوتون در مسافت ۱۸ کیلومتری

دانشمندان مؤسسه فناوری روچستر(RIT) و دانشگاه روچستر با موفقیت یک شبکه ارتباطی کوانتومی آزمایشی ایجاد کرده‌اند که دانشگاه‌های خود را با استفاده از دو فیبر نوری به هم متصل می‌کند.

به نقل از آی‌ای، دانشمندان با استفاده از شبکه کوانتومی روچستر(RoQNET)، اطلاعات را با استفاده از فوتون‌های منفرد در طول تقریباً ۱۱ مایل کابل فیبر نوری در دمای اتاق، با کمک طول موج‌های نوری، انتقال دادند که گامی به سوی ارتباطات کوانتومی ایمن و مقیاس‌پذیر است.

شبکه‌های ارتباطی کوانتومی با غیرممکن کردن شبیه‌سازی یا رهگیری پیام‌ها بدون شناسایی، به طور قابل توجهی امنیت داده‌ها را افزایش می‌دهند.

این سامانه‌ها به بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها متکی هستند که می‌توانند با استفاده از اتم‌ها، ابررساناها یا نقص در موادی مانند الماس ایجاد شوند. با این حال، برای ارتباطات از راه دور، فوتون‌ها (ذرات مجزای نور) کاربردی‌ترین نوع از کیوبیت‌ها هستند.

فوتون‌ها که بیشتر با خطوط ارتباطی موجود سازگار هستند، به شکل ویژه‌ای جذاب هستند، زیرا می‌توانند از طریق زیرساخت‌های فیبر نوری موجود جهانی حرکت کنند.

در حالی که شبکه‌های کوانتومی آینده ممکن است از انواع کیوبیت‌های مختلفی مانند نقاط کوانتومی یا یون‌های به دام افتاده استفاده کنند که هر کدام برای محاسبات یا وظایف خاص مناسب هستند، فوتون‌ها بیشترین سازگاری را با خطوط ارتباطی امروزی دارند. بنابراین، این مطالعه جدید بر ایجاد ارتباط بین این انواع مختلف کیوبیت‌ها در یک شبکه یکپارچه متمرکز است.

پیشرفت در انتقال فوتون

استفان پربل(Stefan Preble)، استاد کالج مهندسی کیت گلیسون(Kate Gleason)، در بیانیه‌ای مطبوعاتی گفت: فوتون‌ها با سرعت نور حرکت می‌کنند و طیف وسیعی از طول موج‌های آنها امکان ارتباط با انواع مختلف کیوبیت‌ها را فراهم می‌کند.

وی افزود: تمرکز ما بر درهم‌تنیدگی کوانتومی توزیع شده است و RoQNET یک بستر آزمایشی برای انجام آن است.

تیم‌های هر دو پردیس، تخصص خود را در زمینه اپتیک، اطلاعات کوانتومی و فوتونیک ترکیب کردند تا فناوری مبتنی بر مدارهای مجتمع فوتونیک را توسعه دهند که می‌تواند از شبکه‌های کوانتومی پشتیبانی کند.

امروزه استفاده از خطوط فیبر نوری برای ارتباطات کوانتومی معمولاً به آشکارسازهای نانوسیم تک فوتونی ابررسانای حجیم و پرهزینه(SNSPDs) وابسته است، اما هدف محققان این است که با راه‌حل‌های فشرده‌تر و مقیاس‌پذیر بر این محدودیت غلبه کنند.

محققان می‌گویند: ذرات کوانتومی می‌توانند در هر دو انتهای کیهان باشند و همچنان کاملاً همبستگی داشته باشند. این آزمایش‌ها با استفاده از اپتیک‌های حجیم و تلسکوپ‌های بزرگ انجام شده‌اند. ما سعی می‌کنیم همه آن‌ها را روی یک ریزتراشه قرار دهیم.

جهش بزرگ برای ساخت شبکه‌های کوانتومی

نیکلاس وامیواکاس(Nickolas Vamivakas)، استاد فیزیک نوری که تلاش‌های دانشگاه روچستر را رهبری می‌کند، این پروژه را گامی مهم در جهت ایجاد شبکه‌های کوانتومی برای ایمن کردن ارتباطات و فعال کردن روش‌های جدید در محاسبات و تصویربرداری توزیع شده توصیف کرد.

وی افزود: در حالی که گروه‌های دیگر، شبکه‌های کوانتومی آزمایشی را توسعه داده‌اند، «RoQNET» در استفاده از تراشه‌های فوتونیک کوانتومی یکپارچه برای تولید نور کوانتومی و گره‌های حافظه کوانتومی مبتنی بر حالت جامد منحصربه‌فرد است.

محققان قصد دارند «RoQNET» را به سایر مراکز تحقیقاتی در سراسر ایالت نیویورک در آزمایشگاه ملی بروکهاون(Brookhaven)، دانشگاه استونی بروک(Stony Brook)، آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی و دانشگاه نیویورک متصل کنند.

این پژوهش در مجله Optica Quantum منتشر شده است.