فیزیکدانان موفق به ایجاد درهم تنیدگی کوانتومی در فاصله ی 2 کیلومتری شدند!

3

بیش از یک قرن پیش زمانیکه مکانیک کوانتوم متولد شد، حتی بنیان گذارانش، کاربردهای عجیب و غریب آن را پیش بینی نمی کردند، اما اکنون کوانتوم هر روز بیشتر از دیروز در دنیای ما جولان می دهد. بادیپ لوک همراه باشید…

یکی از پدیده های جالب و البته اسرار آمیز کوانتومی،درهم تنیدگی است که در آن دو ذره حتی از فاصله ی دور هم، با یکدیگر در ارتباط هستند. اما حالا انگار این پدیده از مقیاس های میکروسکوپی به جهان ماکروسکوپی هم وارد شده است. اگر یادتان باشد چندی پیش، مقاله ای در مورد درهم تنیدگی دو جسم ۰٫۱کیلوگرمی (!) در دیپ لوک منتشر شد، اما حالا دانشمندان موفق شده اند، فاصله ی دو ذره ی درهم تنیده را هم تا بیش از یک کیلومتر افزایش دهند. با اینکار، محققان دانشگاه استنفورد، مسئله ای را که برای مدت طولانی در فیزیک وجود داشت، حل کرده اند. نتیجه ی کار آنها در ژورنال Nature Communications منتشر شد.

این پژوهش صرفاً یک پدیده ی داخل آزمایشگاهی نیست و می تواندکاربردهای بسیار مهمی داشته باشد. دانشمندان و مهندسان به کمک این تکنولوژی می توانند شبکه های کوانتومی را بسازند. به کمک شبکه های کوانتومی می توان اطلاعات را به صورت بسیار امن و از فواصل دور ارسال کرد.این قابلیتی است که برای دولت ها،بانک ها و ارتش ها، بسیار حایز اهمیت است.

درهم تنیدگی کوانتومی از فواصل دور

به سراغ الکترون های درهم تنیده می رویم. اسپین الکترون ها در یکی از دو راستای مشخص (بالا یا پایین) قرار دارد. اگر این دو الکترون، در هم تنیده شوند، اسپین آنها نیز به یکدیگر وابسته خواهند شد. یعنی مثلاً اگر یک الکترون در نیویورک در جهت عقربه های ساعت بچرخد، دیگری هم در لس آنجلس شروع به چرخیدن در جهت عقربه های ساعت خواهد کرد. اگر الکترون اولی جهت چرخش خود را عوض کرده و در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد، الکترون دوم هم جهت خود را به همان صورت عوض خواهد کرد.

الکترون های درهم تنیده به خاطر به دام افتادن درون اتم نمی توانند به طور مستقیم و از فواصل دور با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. اما فوتون ها (ذرات نور) می توانند این کار را انجام دهند، چرا که در قید سیستمی مانند اتم نیستند. دانشمندان می توانند شرط لازم برای درهم تنیدگی (یعنی همبستگی کوانتومی ) را طوری ایجاد کنند تا فوتون ها با الکترون ها همبسته و مرتبط شوند، بنابراین فوتون ها می توانند به عنوان پیغام رسان اسپین الکترون ها و به صورت یک حدواسط عمل کنند.

این دانشمندان در کار قبلی خود توانسته بودند فوتون ها را با الکترون ها از طریق یک فیبر نوری در فاصله ای چند فوتی، درهم تنیده کنند. اما حالا آنها توانسته اند فوتون ها را با اسپین الکترونی در فاصلهای ۱٫۹۳ کیلومتری درهم تنیده کنند که یک رکورد به حساب می آید. از آنجایی که اسپین الکترون، واحد زیربنایی یک کامپیوتر کوانتومی است، این پژوهش می تواند راه را برای ساخت شبکه های کوانتومی آینده، هموار کند و این یعنی کاربرد عینی فیزیک کوانتوم در زندگی روزمره.

درهم تنیدگی کوانتومی در فواصل دور - درهم تنیدگی

نحوه ی ایجاد درهم تنیدگی

برای انجام این کار، محققان باید مطمئن می شدند که همبستگی در طول فواصل طولانی حفظ می شود. این یک چالش کلیدی برای فیزیک است، چرا که فوتون ها تمایل دارند جهت خود را در زمان حرکت در طول فیبر نوری، تغییر دهند. فوتون ها می توانند راستای عمودی یا افقی داشته باشند (که به عنوان قطبش شناخته می شود). این دو حالت را می توان به عنوان ۰ یا ۱ درنظر گرفت. اما اگر فوتون ها مسیر خود را تغییر دهند، ارتباطشان با الکترون از بین می رود. اما صبر کنید! این اطلاعات را می توان به شیوه ی دیگری نیز حفظ کرد. به این منظور دانشمندان، یک مهر زمانی را برای همبسته کردن زمان رسیدن فوتون با اسپین الکترون ایجاد کردند. این مهر زمانی، یک نوع کلید مرجع را برای هر فوتون ایجاد می کند که همبستگی آن را با الکترون منبع، تایید می کند. در نهایت، دو الکترون درهم تنیده ای که هیچگاه یکدیگر را از فاصله ی بسیار دور ملاقات نکرده بودند، به کمک دو فوتونی که در کابل فیبر نوری قرار دارند و با الکترون منبع خود درهم تنیده هستند، در میان یک شکاف دهنده ی پرتو برهم کنش می کنند.

ابرکامپیوترهای کوانتومی، بسیار سریع تر و قدرتمندتر از کامپیوترهای سنتی امروزی هستند. از طرفی ارتباطات کوانتومی، عاری از هر گونه هک یا جاسوسی است و این پژوهش، همان گامی است که ما را به آنها نزدیک تر می کند.

برگرفته از: phys.org

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.

گفتگو۳ دیدگاه

  1. سلام خسته نباشید. امید وارم در این راه موفق باشید . ارزو دارم یکی از قطب های کوانتم جهان را در ایران تاسیس کنید. با ارزوی موفقیت

ارسال نظر


*