تولید عناصر محاسباتی کوانتومی با کارایی بی‌سابقه

به گفته محققان دانشگاه علم و فناوری چین در استان آنخویی، این روش پتانسیل حفظ منابع آزمایشگاهی و تسریع تحقیقات در رله کوانتومی، یک فناوری کلیدی برای ارتباطات کوانتومی ضد حمله از راه دور را دارد.

برای توسعه رایانه‌های کوانتومی فوق سریع و دستگاه‌های ارتباطی، دانشمندان ابتدا باید تعداد زیادی ذرات درهم تنیده را تولید کنند – ذراتی که حتی زمانی که از هم دور هستند به هم متصل می‌مانند تا اطلاعات ارسال کنند.

مرسوم ترین راه برای ایجاد فوتون‌های درهم تنیده در آزمایشگاه، تابش یک پرتو لیزر قوی به یک کریستال خاص است. در حالی که بیشتر فوتون‌ها مستقیماً از طریق کریستال ادامه می‌دهند، تعدادی از ذرات نور تحت فرآیندی به نام تبدیل پارامتری خودبه‌خود به پایین قرار می‌گیرند و به یک جفت فوتون با انرژی پایین‌تر تقسیم می‌شوند که با یکدیگر در هم پیچیده هستند.

اما این روش ناکارآمد و غیرقابل پیش بینی است و تنها حدود یک جفت درهم تنیده از ده‌ها میلیون فوتون تولید می‌شود.

بر اساس مقاله‌ای که اخیرا منتشر شده، فیزیکدانان چینی از یک روش غیر سنتی مبتنی بر تعامل ذرات برای دستیابی به درهم تنیدگی استفاده کردند.

این تیم ابتدا صدها اتم روبیدیم را به دست آوردند تا خوشه‌ای به نام “ابراتم” را تشکیل دهند. سپس یکی از اتم‌ها را تحریک کردند تا به حالت‌های برانگیخته الکترونیکی معروف به حالت‌های ریدبرگ، که به نام فیزیکدان سوئدی قرن نوزدهم، یوهانس ریدبرگ، نامیده می‌شود، برسد.

همانطور که اتم انرژی را جذب کرد و بزرگتر شد، شروع به تعامل با اتم‌های نزدیک کرد، سطوح انرژی آنها را تغییر داد و در نهایت با آنها درگیر شد.

از طریق این فرآیند، اتم‌های روبیدیم رشته‌ای از فوتون‌ها را آزاد کردند. محققان از طریق این آزمایش درهم تنیدگی تا شش فوتون را تأیید کردند.

پیش از این، محققان چینی به درهم تنیدگی ۱۲ فوتون با روش تبدیل به پایین خود به خودی دست یافته بودند.

دانشمندان چینی فوتون‌های درهم تنیده را با نرخ بازده ۲۷ درصد تولید کردند که نسبت به رکورد قبلی ۱۶ درصد افزایش قابل توجهی داشت.

بر خلاف تبدیل خود به خودی پایین، فوتون‌های درهم تنیده تولید شده با روش ابراتم ریدبرگ از نظر تئوری می‌توانند در شرایط ایده آل به بازدهی ۱۰۰ درصدی دست یابند.

در حالی که هر کریستال در روش تبدیل به پایین خود به خودی فقط یک جفت فوتون درهم‌تنیده تولید می‌کند، دانشمندان می‌توانند از روش سوپراتم برای تولید هر چه بیشتر فوتون‌های درهم‌تنیده استفاده کنند.

منبع: دفتر همکاری فناوری سفارت ایران در پکن