گروهی از محققان آمریکایی یک تله یونی حاوی یک فیبر نوری درونی ساخته‌اند که می‌تواند نور منتشر شده از تک‌یون‌ها را جذب کرده و امکان اندازه‌گیری اطلاعات کوانتومی ذخیره‌شده در یون‌ها را فراهم آورد.
تولید یک تله یونی جدید برای انتقال اطلاعات کوانتومی
محققان موسسه استاندارد و فناوری (NIST) یک تله یونی حاوی یک فیبر نوری درونی ساخته‌اند که می‌تواند نور منتشر شده از تک‌یون‌ها را جذب کرده و امکان اندازه‌گیری اطلاعات کوانتومی ذخیره‌شده در یون‌ها را فراهم آورد. این ابزار می‌تواند طراحی رایانه‌های کوانتومی را ساده کرده و گامی به‌سوی مبادله اطلاعات میان نور و ماده در شبکه‌های کوانتومی آینده به‌شمار رود.
این ابزار جدید یک تله یونی به اندازه یک میلی‌متر مربع است که دارای یک فیبر نوری در درون خود است. پژوهشگران NIST که این ابزار را توسعه داده‌اند، از یون‌ها به‌عنوان بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها برای ذخیره اطلاعات در محاسبات کوانتومی تجربی بهره می‌برند. یک یون را می‌توان در فاصله ۸۰ تا ۱۰۰ میکرومتری از یک فیبر نوری قرار داده و بدین ترتیب سیگنال‌های فلورسانس نشر شده از این یون را که نشانگر محتوای اطلاعات کیوبیت است، شناسایی کرد.
آرون وندوندر، نویسنده اول مقاله منتشر شده درباره این تحقیق می‌گوید: «این طراحی بسیار مفید است، زیرا ارتباط بسیار قوی میان یون و فیبر وجود دارد؛ همچنین به دلیل کوچک بودن این ابزار، می‌توان فیبرهای زیادی روی یک تراشه تعبیه کرد».
پژوهشگران NIST کارایی این ابزار را با استفاده از یون‌های منیزیم نشان داده‌اند. نور نشر شده توسط یون از یک سوراخ در یک الکترود گذشته و توسط فیبری که در زیر سطح الکترود قرار دارد، جذب می‌شود. در تله‌های یونی معمول، از لنزهای بزرگ خارجی که به طور معمول ۵ سانتی‌متر از یون‌ها فاصله دارند (۵۰۰ برابر دورتر از فیبر نوری در این طراحی جدید) برای جذب نور فلورسانس استفاده می‌شود. می‌توان با استفاده از فیبرهای نوری نسبت به سامانه‌های نوری بزرگ تعداد بسیار بیشتری از یون‌ها را مدیریت کرد، زیرا امکان اتصال تعداد زیادی فیبر نوری به یک تله یونی وجود دارد.
وندوندر می‌گوید در حال حاضر نور جذب شده توسط فیبرهای نوری کمتر از نور جذب شده توسط سیستم لنزی است، اما این روش برای تشخیص اطلاعات کوانتومی مناسب است، زیرا یون‌ها بسیار درخشان بوده و در هر ثانیه میلیون‌ها فوتون نشر می‌کنند. این پژوهشگران انتظار دارند با تغییر شکل نوک فیبر نوری و استفاده از روکش‌های ضدانعکاس بتوانند کارایی این ابزار را افزایش دهند.
این طراحی جدید به‌عنوان نمونه اولیه می‌تواند یون‌های منفرد را با فوتون‌های منفرد جفت نموده و با ایجاد یک حد واسط، کیوبیت‌های ماده را قادر سازد اطلاعات کوانتومی خود را در محاسبات کوانتومی و شبکه‌های ارتباطی به کیوبیت‌های فوتون انتقال دهند. فوتون‌ها در ارتباطات کوانتومی به‌عنوان کیوبیت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
جزئیات این تحقیق در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
