یکشنبه, ۴ دی ۱۳۸۴

شبکه‌های اطلاعات کوانتومی

روشی که بتوان از آن برای انتقال اطلاعات کوانتومی از اتم به فوتون‌ها و برعکس استفاده کرد، می‌تواند برای ایجاد شبکه‌های اطلاعاتی جهانی رسوخ‌ناپذیر و رایانه‌هایی که با سرعت مبهوت‌کننده کار می‌کنند، به کار رود. دو گروه تحقیقاتی، به رهبری Mikhail Lukin در دانشگاه هاروارد، و Alex Kuzmich در موسسه فناوری جرجیا، به طور جداگانه و با استفاده از روشی مشابه، این شاهکار را به انجام رسانده‌اند.
هر دو گروه با استفاده از پالس‌های لیزری قدرتمند، اطلاعات کوانتومی را به شکل یک تک فوتون از یک ابر اتمی استخراج نمودند. این فوتون از یک فیبر نوری معمولی عبور داده شد و اطلاعات کوانتومی را به ابر اتمی بعدی انتقال می‌دهد.
ایجاد ارتباط بین «حافظه‌های کوانتومی» (ابرهای اتمی)، برای ساخت شبکه‌های پیچیده‌ای که از پدیده‌های کوانتومی (همانند entanglement و superposition) بهره می‌برند، ضروری است. شبکه‌های کوانتومی با وجودی که برای ایجاد ارتباطات امن و محاسبات فوق سریع بسیار مناسب می‌باشند، اما نسبت به تداخل بسیار حساسند.
Bill Munro یکی از متخصصان شبکه‌های کوانتومی در آزمایشگاه تحقیقاتی شرکت Hewlett Packard در Bristol انگلستان می‌گوید: «به نظر من این یک قدم بزرگ به جلو می‌باشد. وارد کردن نور به یک حافظه به صورت منسجم و سپس خارج کردن آن کلید اصلی قضیه می‌باشد».
در هر دو آزمایش، از اشعه‌های لیزری قوی برای تحریک ابری از اتم‌های روبیدیوم و تولید یک تک‌فوتون، که حالت کوانتومی اتم‌های تحریک شده را با خود حمل می‌کرد، استفاده گردید. این تک‌فوتون از طریق یک کابل فیبر نوری به طول حدود ۱۰۰ متر، به ابر روبیدیوم بعدی انتقال یافت و در آنجا، با استفاده از پالس‌های لیزری قوی، حالت کوانتومی این تک‌فوتون به ابر الکترونی دوم منتقل شد.
Matthew Eisaman یکی از اعضای تیم دانشگاه هاروارد می‌گوید؛ مرحله اصلی، فیلتر نمودن تک‌فوتون تولید شده از پالس‌های لیزری مختلف است. این تیم با استفاده از بلورها، این فوتون‌ها را بر اساس قطبیت، انعکاس‌پذیری، و جذب از هم جدا نمودند.
این روش می‌تواند منجر به ایجاد کانال‌های ارتباطی راه دور نوری-کوانتومی شود. این کانال‌ها قابلیت ایجاد یک ارتباط کاملاً نفوذناپذیر را دارا می‌باشند، چرا که هرگونه تلاش برای استراق سمع، منجر به برهم خوردن طبیعت کوانتومی داده‌های ارسالی می‌شود.
در حال حاضر، فوتون‌هایی که داده‌های کوانتومی را حمل می‌کنند، تنها می‌توانند چند ده کیلومتر از طریق کابل نوری منتقل شوند و سپس از بین می‌روند. اما استفاده از یک «تکرارکنندۀ کوانتومی»، که می‌تواند اطلاعات کوانتومی فوتون را ذخیره نموده و سپس آن را دوباره انتقال دهد، این امکان را به وجود می‌آورد که بتوان داده‌های کوانتومی را در فاصله‌های زیادی منتقل نمود.
Munro می‌گوید؛ که با تحت کنترل درآوردن این روش و انتقال داده‌ها از یک قسمت حافظه دستگاه به قسمت دیگر، می‌توان رایانه‌های کوانتومی تولید نمود. ذرات کوانتومی می‌توانند همزمان در بیش از یک حالت کوانتومی وجود داشته باشند و این از نظر تئوری به معنی آن است که می‌توان میلیاردها محاسبه را به طور همزمان انجام داد.
با این حال هر دو گروه بر این باورند که قبل از آن که بتوان برای اهداف کاربردی از این روش استفاده نمود، نیاز به توسعه بیشتری وجود دارد.
Eisaman می‌گوید؛ ضروری است زمانی که اطلاعات کوانتومی می‌توانند از ابرهای اتمی ذخیره شوند را، از میلیونیوم ثانیه به هزارم ثانیه افزایش دهیم. تنها در این صورت است که امکان استفاده از این روش برای ایجاد ارتباط به وجود می‌آید.
Kuzmich از موسسه فناوری جرجیا می‌گوید؛ آزمایشات، «یک گام مهم در ایجاد شبکه‌های کوانتومی گسترده» می‌باشند. او می‌افزاید: «ایجاد این شبکه‌ها به گام‌های دیگر و زمان بیشتری نیاز دارد».