تحسين تخزين الكيوبت لشبكات الاتصالات الكمومية فائقة الأمان
وضع فريق من الباحثين في جامعة جنيف رقماً قياسياً عالمياً لتخزين كيوبت ، واقترب خطوة أخرى من تطوير شبكة اتصالات كمومية.
لقد سهلت فيزياء الكم بالفعل التقدم التكنولوجي الرائد في العديد من المجالات، مثل الحوسبة والهواتف الذكية ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
تطوير شبكات الاتصالات الكمومية
الآن، يقود إلى تطورات في التشفير (دراسة طرق الاتصالات الآمنة التي تمكن مرسل الرسالة ومتلقيها فقط من عرض محتوياتها)، بهدف إنشاء شبكات اتصالات كمومية فائقة الأمان.
تمكّن نظريات الكم من المصداقية والسرية التامة للمعلومات (كيوبت) عندما تنتقل بين متحاورين بواسطة جسيم من الضوء (فوتون)، داخل ألياف بصرية.
تسمح ظاهرة التراكب للمرسل بمعرفة ما إذا كان الفوتون الذي ينقل الرسالة قد تم اعتراضه.
ومع ذلك، هناك صعوبات مرتبطة بتطوير شبكات اتصالات فائقة الأمان، أي بعد بضع مئات من الكيلومترات داخل الألياف الضوئية، تختفي الفوتونات التي تحمل الكيوبتات أو “البنات الكمومية” (المعلومات).
تحسين تخزين كيوبت
وبالتالي، احتاج العلماء إلى تطوير “مكررات”، وهي نوع من “المرحلات” تعتمد جزئيًا على الذاكرة الكمية.
في عام 2015، نجحت المجموعة بقيادة ميكائيل أفزيليوس ، المحاضر الأول في قسم الفيزياء التطبيقية في كلية العلوم بجامعة جنيف (UNIGE) في تخزين كيوبت يحمله فوتون لمدة 0.5 مللي ثانية في بلورة (a ‘ذاكرة’).
مكنت هذه الطريقة الفوتون من نقل حالته الكمومية إلى ذرات البلورة قبل أن تختفي.
ومع ذلك، فإن الحدث لم يدم طويلاً بما يكفي لتسهيل بناء شبكة أكبر من الذكريات، وهو شرط مسبق ضروري لتقدم الاتصالات الكمومية لمسافات طويلة.
تمكن فريق الباحثين في UNIGE الآن من تخزين كيوبت في بلورة لمدة 20 مللي ثانية، وبذلك يكون قد وضع الرقم القياسي العالمي لتخزين الكيوبت.
وقد أدى ذلك إلى خطوة هائلة إلى الأمام في تطوير شبكات الاتصالات الكمومية لمسافات طويلة.
تم نشر أساليب الفريق ونتائجه في مجلة Quantum Information .
كسر سجلات التخزين
في 22 مارس 2022، في إطار برنامج الكم الرائد الأوروبي، تمكنت مجموعة Mikael Afzelius من زيادة فترة التخزين بشكل كبير عن طريق تخزين كيوبت لمدة 20 مللي ثانية.
“هذا رقم قياسي عالمي لذاكرة كمومية تعتمد على نظام الحالة الصلبة، في هذه الحالة بلورة. لقد تمكنا حتى من الوصول إلى علامة 100 مللي ثانية مع خسارة صغيرة في الإخلاص “، أوضح Afzelius.
على غرار مشروعهم السابق، استخدم الفريق بلورات مخدرة باليوروبيوم ، وهو معدن أرضي نادر، قادر على امتصاص الضوء ثم إعادة إصداره.
تم الاحتفاظ بهذه البلورات عند -273،15 درجة مئوية (الصفر المطلق)، حيث أن 10 درجة مئوية فوق درجة الحرارة هذه ستؤدي إلى التحريض الحراري للبلورة طمس تشابك الذرات.
لقد طبقنا حقلاً مغناطيسيًا صغيرًا من واحد في الألف من تسلا على البلورة واستخدمنا طرق الفصل الديناميكي، والتي تتكون من إرسال ترددات راديو مكثفة إلى البلورة.
قال أنطونيو أورتو ، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم التطبيقات التطبيقية، إن تأثير هذه التقنيات هو فصل أيونات الأرض النادرة عن اضطرابات البيئة وزيادة أداء التخزين الذي نعرفه حتى الآن بنحو 40 مرة. الفيزياء في UNIGE.
تمثل هذه النتائج خطوة هائلة إلى الأمام في تطوير شبكات الاتصالات الكمومية لمسافات طويلة. كما أنهم يجلبون تخزين الحالة الكمومية التي يحملها الفوتون إلى نطاق زمني يمكن للبشر تقريبه.
نحو مزيد من التطوير
ومع ذلك، لا تزال هناك صعوبات للتغلب عليها. “التحدي الآن هو إطالة وقت التخزين أكثر.
من الناحية النظرية، سيكون كافيًا زيادة مدة تعرض البلورة للترددات الراديوية، ولكن في الوقت الحالي، تمنعنا العوائق التقنية التي تعترض تنفيذها على مدى فترة زمنية أطول من تجاوز 100 ميلي ثانية.
ومع ذلك، فمن المؤكد أنه يمكن حل هذه الصعوبات التقنية.
علاوة على ذلك، يجب على الباحثين إيجاد طرق لتصميم ذكريات قادرة على تخزين أكثر من فوتون واحد في وقت واحد، وبالتالي الحصول على فوتونات “متشابكة” تضمن السرية.
وخلص الباحث إلى أن “الهدف هو تطوير نظام يؤدي أداءً جيدًا في كل هذه النقاط ويمكن تسويقه في غضون عشر سنوات”.
المصدر: innovationnewsnetwork
إقراء ايضا:
