میدونستید نور یکی از بهترین حاملهای اطلاعاته که بشر تا حالا بهش رسیده؟ اما همین نور وقتی وارد دنیای کوانتومی میشه، خودش کلی سر و صدا و شلوغکاری داره! حالا محققهای دانشگاه آیووا یه راه جدید پیدا کردن که فوتونها رو “پاکسازی” کنن و شاید همین کشف بتونه مسیر رو برای کامپیوترهای کوانتومی سریعتر و شبکههای ارتباطی فوقامن باز کنه.
خب اصلاً چرا اینقدر فوتون اهمیت داره؟ فوتون یه جورایی واحد نوری اطلاعاته و تو سیستمهای کوانتومی، هر فوتون به جای بیت معمولی، نقش کیوبیت رو بازی میکنه.
(کیوبیت همون واحد اطلاعات تو دنیای کوانتومه و میتونه حالتهای خیلی بیشتری نسبت به بیت معمولی داشته باشه). این یعنی تو کامپیوترها یا شبکههای کوانتومی، برای جابجایی و پردازش اطلاعات به جریان مرتب و تکتک فوتونها احتیاج داریم.
اما مشکل چیه؟ تولید همین فوتونهای تک به تک خیلی سخته! معمولاً یا فوتون اضافه درمیاد، یا چندتایی بیرون میاد، یا اینکه یکهو یه مشت فوتون یهجا ظاهر میشن و کل نظم سیستم رو به هم میزنن. دو تا مشکل اصلی سر راه بود: یکی پراکندگی لیزری (Laser Scatter) که اصطلاحاً یعنی وقتی لیزر به اتم میزنه، فوتونهای اضافی هم تحویل میگیریم، و یکی هم تولید همزمان چند فوتون از یه اتم که نظم رو کلاً به هم میریزه.
حالا اینجا قضیه جالبتر میشه: تیم آیووا به جای اینکه مثل روال همیشه بیاد و این دو تا آلودگی رو جدا جدا سرکوب کنه، یه روش متفاوت رو امتحان کردن. گفتن بذار سر و صدای این دوتا خودشون همدیگه رو خنثی کنن! اونا دیدن که فوتونهایی که از این دو منبع مزاحم تولید میشن، از نظر طول موج و شکل تقریباً شبیه به هم هستن. با تنظیم دقیق ویژگیهای لیزر، مثل زاویه و شکل پرتو، تونستن این دو نوع آلودگی فوتونی رو جوری تنظیم کنن که اثراشون همدیگه رو پاک کنه و در نهایت فوتونهای خالصتر دستمون برسه.
رفیج تیم تحقیقاتی، پروفسور راویتج اوپو، میگه: “ما نشون دادیم همون پراکندگی لیزری که همیشه دردسر درست میکرد، حالا میتونه بیاد و کمک کنه تا فوتونهای اضافی حذف بشن.” خلاصه این کشف نه تنها یه مشکل قدیمی رو حل میکنه، بلکه ممکنه یه ابزار جدید برای پیشرفت تکنولوژیهای کوانتومی هم بشه.
مغز ماجرا هم یه دانشجوی دکتری به اسم متیو نلسونه که متوجه شد این فوتونهای مزاحم و خود نور لیزر، تو طیف خودشون کلی همپوشانی دارن. این یعنی با کنترل درست زاویه و شکل لیزری که به اتم میخوره، میتونیم جلوی تمام فوتونهای اضافه رو بگیریم و یک جریان فوتونی خیلی تمیز تحویل بگیریم.
حالا چرا این پاکی فوتون اینقدر مهمه؟ چون تو کامپیوتر کوانتومی فوتونی، هرچی این فوتونها منظمتر و خالصتر باشن، کنترلپذیری و مقیاسپذیری بهتر میشه. یعنی هم کارایی میره بالا، هم خطاها کمتر میشن. حتی از نظر امنیت هم خیلی مهمه، چون ارسال اطلاعات با فوتونهای تک (Single-photon) شنود کردن رو خیلی سخت میکنه؛ پس کلی به درد رمزنگاری کوانتومی و انتقال داده فوقامن میخوره.
الان چندتا استارتاپ دارن شدید روی سیستمهای بر پایه نور (Photonic systems) کار میکنن، چون معتقدن این روشها میتونن از نظر سرعت و مصرف انرژی، سیستمهای الکترونیکی رو شکست بدن. ولی بدون منبع فوتونی قابل اعتماد، این رویا فعلاً دور از دسترس میمونه.
البته فعلاً همه مدلها و نتایج تیم آیووا تئوریکیه و دارن آزمایشهای عملی رو براش آماده میکنن. این پروژه با حمایت وزارت دفاع آمریکا و دانشگاه آیووا جلو میره و اگه جواب بده، شاید دیدگاه مهندسا نسبت به نویز یا همون سر و صدای کوانتومی کاملاً تغییر کنه؛ یعنی به جای اینکه همیشه بخوان حذفش کنن، ازش به عنوان یه ابزار کمکی استفاده کنن!
نتایج این تحقیق تو نشریه Optica Quantum هم چاپ شده. حالا باید ببینیم تو آزمایشگاه واقعاً جواب میده یا نه. ولی اگه درست باشه، میتونه دریچه جدیدی رو به روی آینده تکنولوژیهای کوانتومی باز کنه.
منبع: +
