خب رفقا، اگه تا چند سال پیش بهمون می‌گفتن که میشه یه چیزی رو بدون اینکه جابجاش کنیم، فقط حالتش رو آنی به یه جای دیگه انتقال بدیم، فقط می‌خندیدیم و می‌گفتیم مال فیلمای علمی تخیلیه! ولی الان واقعاً داریم به این نقطه می‌رسیم. داستان اینه که یه تیم محقق از دانشگاه نانجینگ تونستن برای اولین بار یه کوبیت (qubit یعنی همون بیت کوانتومی که زیربنای دنیای محاسبات کوانتومیه) رو که با طول موج مخابراتی (telecom-wavelength یعنی یه طول موج نوری که تو کابل‌های فیبر نوری استفاده میشه) بود، بفرستن داخل یه حافظه کوانتومی صلب (solid-state quantum memory یعنی یه جور حافظه که می‌تونه حالت کوانتومی رو یه مدت نگه داره و از ماده جامد ساخته شده)!
حالا تلپورت کوانتومی چیه؟ راستش خودم بار اول که شنیدم، فکم افتاد! خلاصه‌ش اینه که نیاز نیست ذره رو واقعاً جابجا کنن، بلکه حالت کوانتومی اون رو از یه ذره به یه جای دیگه منتقل می‌کنن. این کار رو با استفاده از پدیده «درهم‌تنیدگی کوانتومی» (quantum entanglement یعنی یه حالت که دوتا ذره انقدر تو کار هم قفل شدن که حالت یکی سریع رو اون یکی اثر می‌ذاره، حتی اگه خیلی دور باشن) انجام میدن. یعنی کافی حالت یه ذره تغییر کنه، اون یکی هم همزمان تغییر می‌کنه! انگار جادویی هست ولی این دیگه واقعیه.
از جذابیت‌های این دستاورد بچه‌های نانجینگ اینه که سراغ طول موج مخابراتی رفتن. یعنی بدون اینکه نیاز باشه موج نوری رو تبدیل کنن (که قبلاً باید اینو تو تلپورتای دیگه انجام می‌دادن)، از همون طول موجی استفاده کردن که تو کابلای فیبر نوری معمولی یافت میشه. یعنی در عمل این تکنولوژی می‌تونه با شبکه‌هایی که الان داریم کار کنه! فوق‌العاده‌س!
سرپرست تیم، شیاوسونگ ما (Xiao-Song Ma)، گفته: «تلپورت کوانتومی همیشه یکی از جذاب‌ترین پروتکل‌های ارتباطیه، چون میشه اطلاعات کوانتومی رو منتقل کرد بدون اینکه کسی بفهمه دقیقاً چه وضعیتی منتقل شده.» یعنی یه جور ارسال رمزنگاری‌شده مطلق! اما این دفعه تونستن اطلاعات یه فوتون (فوتون همون ذره نور) رو به یه حافظه کوانتومی مبتنی بر یون‌های اربیوم (اربیوم یه عنصره که به خاطر خواص خاصش تو کوانتوم محبوبه) انتقال بدن، اونم بدون هیچ فری-سوییچ یا تبدیل طول موجی.
یه چیز مهم تو شبکه‌های کوانتومی، این حافظه‌ها هستن. چون موقع رد و بدل کردن اطلاعات فاصله‌ها طولانی میشه، لازمه بیت‌ها یا همون حالت‌های کوانتوم یه جایی «منتظر» بمونن تا باقی شبکه مرتب شه. اینجا همون حافظه کوانتومی به داد ما می‌رسه! به عبارتی، اگه بخوایم شبکه‌های کوانتومی وسیع داشته باشیم (یعنی Quantum Internet — اینترنت نسل آینده که روی حالت‌های کوانتومی کار می‌کنه، نه فقط صفر و یک!) لازمه که این حافظه‌ها قوی و کارآمد باشن.
جالبه که این گروه برای آزمایش‌شون، پنج بخش مختلف داشتن: اول، بخش آماده‌سازی ورودی (حتماً مثلاً فوتون‌های اولیه رو آماده می‌کردن)، دوم منبع فوتون درهم‌تنیده یا EPR-Source (EPR یه مرجع معروف به درهم‌تنیدگیه)، که با یه چیپ فوتونی مجتمع (integrated photonic chip یعنی یه چیپ خیلی کوچولو که می‌تونه عملیات نوری رو مثل یه مدار الکتریکی انجام بده) ساخته شده بود. بعدش، یه ماژول تشخیص حالت بل (Bell-state measurement اینجا یعنی روشی برای دیدن درجه درهم‌تنیدگی). و در انتها حافظه کوانتومی اربیومی.
برای هم‌سو شدن فرکانس‌ها و تنظیم دقیق سیگنال‌ها، از کاویتۀ فابری-پرو (Fabry–Pérot cavity یعنی یه جور آینه‌کاری نوری برای متمرکز و دقیق نگه‌داشتن طول موج‌ها) و تکنیک PDH (Pound-Drever-Hall – روش خاص برای قفل کردن لیزر روی فرکانس دقیق) استفاده کردن—همه اینا رو گفتم بدونید چقدر سطح بالا و دقیق بود کارشون!
اینکه تمام اجزای سیستم با تجهیزات مخابراتی فعلی سازگار بود، واقعاً یه دستاورد بزرگه. بیشتر پروژه‌های قبلی مجبور بودن سیگنال‌ها رو تبدیل کنن یا قاطی کنن با فرکانس‌های دیگه که خب برای پیاده‌سازی واقعی تو دنیا مشکل درست می‌کنه. ولی این گروه همون طول موج رو حفظ کردن، یعنی شاید تو چند سال آینده بتونیم تلپورت کوانتومی رو مستقیم تو شبکه فیبر نوری اتفاق بندازیم!
ما اضافه کرده: «این پلتفرم جدید مخابراتی برای تولید، ذخیره و پردازش حالت های کوانتومی نور، می‌تونه راه رو برای شبکه‌های کوانتومی بزرگ هموار کنه.» البته خودشون می‌خوان روی بخش حافظۀ جامد یا solid-state بیشتر کار کنن، تا طول مدت نگهداری حالت‌ها بیشتر شه و راندمان ذخیره‌سازی هم بره بالا. چون اگه بخوایم واقعاً یه اینترنت کوانتومی روان داشته باشیم باید این حافظه‌ها کلی بیشتر و بهتر عمل کنن.
آخرش، اگه دوست‌دار دنیای فناوری و آینده هستید، اخبار این تیم رو دنبال کنید. شاید همین تلپورت فوتونی که امروز به حافظۀ کوانتومی مخابراتی رسیده، سال دیگه پیام‌های محرمانه و امن شما رو منتقل کنه! مقاله اصلی تیم هم تو مجله Physical Review Letters چاپ شده، که از معتبرترین ژورنال‌های فیزیک دنیاست.
منبع: +
