انتقال اطلاعات کوانتومی: درهم تنیده کردن الکترون ها از طریق اسپین

4

درهم تنیدگی یکی از پدیده های شگفت انگیز کوانتومی است. قبل از این دانشمندان موفق به درهم تنیده کردن فوتون ها شده بودند، اما حالا نوبت به درهم تنیدگی الکترون ها رسیده است. با دیپ لوک همراه  باشید…

انتقال اطلاعات کوانتومی: درهم تنیده کردن الکترون ها از طریق اسپین

همانطور که می دانید در هم تنیدگی به معنای مستقل نبودن دو ذره در فرآیند اندازه گیری است. حالا دانشمندان برای نخستین بار موفق شدند جفت الکترون های درهم تنیده ای از طریق اسپین تولید کنند. آنها نشان دادند که این الکترون ها حتی زمانیکه در یک چیپ، جدا از یکدیگر باشند، در هم تنیده باقی می مانند. این پژوهش در آینده به ایجاد شبکه های کوانتومی که با استفاده از انتقال اطلاعات کوانتومی کار می کنند، کمک شایانی خواهد کرد. با استفاده از این شبکه ها می توان بیت های کوانتومی، یعنی کیوبیت ها را روی یک چیپ منتقل کرد. توانایی ایجاد جفت الکترون های درهم تنیده ی ناموضع (که به عنوان جفت های اینشتین-پودولسکی-روزن شناخته می شود) یک رویای دیرینه بوده است.

با توجه به این پژوهش، میتوان از طریق اسپین، الکترون های درهم تنیده تولید کرد. تا حالا محققان موفق به ایجاد فوتون های درهم تنیده شده بودند، زیرا فوتون ها در نهایت پایداری هستند و برهمکنشی ندارند، اما برعکس الکترون ها عمیقاً تحت تاثیر محیط هستند. اما حالا دانشمندان ثابت کردند که الکترون ها را هم می توان از طریق اسپین، که یک ویژگی نسبتاً پایدار است، در هم تنیده کرد.

دانشمندان برای انجام این کار، شروع به ساخت دستگاه کوچکی با ابعاد چند صد نانومتر کردند. هدف این بود که یک جفت کوپر را در حین تونل زنی در اتصال بین دو ابررسانا به دام بیندازند که این امر باعث می شود الکترون ها از طریق دو نقطه ی کوانتومی جدا عبور کنند. دو مفهوم جفت کوپر و نقاط کوانتومی شاید ناشناخته تر باشند: جفت کوپر، درواقع دو الکترونی هستند که پیوندی بسیار ضعیفی با یکدیگر دارند. این دو الکترون، اسپین های مخالفی داشته و با سرعت یکسان، اما در جهت مخالف یکدیگر حرکت می کنند و عامل اصلی پدیده ی ابررسانایی هستند. و نقاط کوانتومی هم در واقع کریستال های کوچکی هستند که خواص کوانتومی دارند. اگر جریان ابررسانایی تشخیص داده شود، بدان معناست که الکترون ها حتی زمانیکه بین دو نقطه ی کوانتومی جدا هستند، درهم تنیده باقی می مانند. این الکترون ها را می توان در بیت های کوانتومی یا همان کیوبیت های کامپیوترهای کوانتومی به کار برد. این جدایی را می توان با اندازه گیری یک جریان ابررسانایی تایید کرد. در واقع این جریان زمانیکه الکترون ها، جدا و دوباره ترکیب می شوند، افزایش می یابد.

الکترون های درهم تنیده
تصویر میکروسکوپ الکترونی از دستگاه ساخته شده. دو نقطه ی سبزرنگ، در نقطه ی کوانتومی هستند که در فاصله ی بین دو الکترود (قرمز) قرار داده شده است

اندازه ی هر یک از نقاط کوانتومی، حدود ۱۰۰ نانومتر است. این نقاط در یک چیپ نیمه رسانا و البته در موقعیت های تصادفی رشد می کنند. بنابراین دانشمندان، چیپ مورد نظر را برای شناسایی نقاط نزدیک به هم، با یک میکروسکوپ نیروی اتمی بررسی کردند. آنها هزاران نقطه را مشاهده کردند که از این میان حدود ۱۰۰ نقطه، مناسب بود. با استفاده از این ۱۰۰ نقطه، حدود ۲۰ دستگاه ساخته شد و از بین این ۲۰ دستگاه، تنها دو مورد از آنها کار کرد. پس از آن دانشمندان با اندازه گیری جریان ابررسانایی، نشان دادند زمانیکه الکترون ها از نقاط کوانتومی جداگانه ای عبور می کنند، اسپین آنها درهم تنیده باقی می ماند. بنابراین میتوان از این تکنولوژی در یک دستگاه مشابه اما پیچیده تر برای انتقال کیوبیت ها در یک چیپ استفاده کرد.

این کشف بسیار هیجان انگیز است و می تواند منجر به توسعه ی شبکه ها و انتقال اطلاعات کوانتومی شود. اگر چه کنترل اینکار از نظر فنی، دشوار است، اما اسپین الکترون، یک ویژگی بسیار امیدبخش برای چنین کاربردهایی است، چرا که تقریباً مستقل از محیط است. این پژوهش در ژورنال Nature Communications چاپ شد.

منبع: sciencedaily

برای آگاهی از تازه ترین مقالات دیپ لوک، کافیست ایمیل خود را در فیلد زیر وارد کرده و دکمه ی اشتراک را بزنید. [wysija_form id=”1″]

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی (رپ/راک) بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

گفتگو۴ دیدگاه

    • ناهید سادات ریاحی

      دوست خوبم چیپ در زبان فارسی به معنای تراشه هست و از جنس سیلیکون هست. چیپ به مجموعه ای از مدارهای الکترونیکی که در ابعاد کوچکی (مثلا یک یک سانتی متر مربع) جمع شده باشند، گفته میشه. این مدارها شامل تعداد زیادی ترانزیستور، خازن و مقاومت است

ارسال نظر


*