یک قدم تا اینترنت کوانتومی؛ اتصال کامپیوترها از فاصله ۲ هزار کیلومتری
انقلابی در آستانه رخ دادن است؛ محققان دانشگاه شیکاگو با جهشی ۲۰۰ برابری در افزایش «زمان همدوسی کوانتومی» راه را برای اینترنت کوانتومی با برد هزاران کیلومتر هموار کردند؛ اتصالی که تا دیروز حتی بین دو خیابان ممکن نبود، حالا روی کاغذ میتواند از شیکاگو تا کلمبیا برقرار شود.
پژوهشگران دانشگاه شیکاگو به پیشرفت بزرگی دست یافتهاند که ما را یک قدم به اینترنت کوانتومی در سطح جهانی نزدیکتر میکند. آنها روشی توسعه دادهاند که بهطور نظری حداکثر فاصله اتصال کامپیوترهای کوانتومی به یکدیگر را از چند کیلومتر به ۲ هزار کیلومتر افزایش میدهد.
پیشازاین، اتصال کامپیوترهای کوانتومی از طریق کابل فیبر نوری به دلیل ناپایداری حالتهای کوانتومی، به چند کیلومتر محدود بود. برای مثال، اتصال یک کامپیوتر کوانتومی در محوطه دانشگاه شیکاگو به برجی در مرکز شهر شیکاگو (فاصلهای کوتاه) غیرممکن بود. اما با رویکرد جدید محققان، همان کامپیوتر اکنون میتواند به دستگاهی در خارج از شهری در یوتا متصل شود.
افزایش فاصله اتصال کامپیوترها برای اینترنت کوانتومی جهانی
براساس گزارش Phys، این پیشرفت به لطف افزایش چشمگیر «زمان همدوسی کوانتومی» به دست آمده است. اتصال کامپیوترهای کوانتومی برای ایجاد شبکههای پرسرعت، نیازمند درهمتنیدگی اتمها از طریق کابل فیبر نوری است. همدوسی کوانتومی به مدت زمانی گفته میشود که این اتمهای درهمتنیده میتوانند حالت کوانتومی شکننده خود را حفظ کنند. هرچه این زمان طولانیتر باشد، کامپیوترها میتوانند در فاصله دورتری به یکدیگر متصل شوند.
محققان دانشگاه شیکاگو موفق شدند زمان همدوسی اتمهای اربیوم را از ۰.۱ میلیثانیه به بیش از ۱۰ میلیثانیه افزایش دهند. این تغییر بهبودی ۲۰۰ برابری را نشان میدهد. آنها در یک نمونه حتی به زمان ۲۴ میلیثانیه دست یافتند که بهطور نظری امکان اتصال در فاصله خیرهکننده ۴ هزار کیلومتر را فراهم میکند؛ فاصلهای معادل شیکاگو تا کلمبیا.
نکته جالب توجه این تحقیق، استفاده از مواد جدید یا متفاوت نبود، بلکه روشی بود که بتوان همان مواد را به شیوهای کاملاً متفاوت ساخت. محققان کریستالهای لازم برای ایجاد درهمتنیدگی کوانتومی را بهجای روش سنتی Czochralski با تکنیکی موسوم به برآرایی پرتو-مولکولی (MBE) ساختند.
محققان روش سنتی را به «دیگ ذوب» تشبیه میکنند: «شما نسبت مناسبی از مواد را داخل دیگ میریزید، همه چیز را در دمای بالای ۲ هزار درجه سانتیگراد ذوب میکنید و سپس به آرامی آن را سرد میکنید تا کریستال شکل بگیرد.» سپس این کریستال باید مانند مجسمه تراشیده شود. این فرایند ناخالصیهایی ایجاد میکند که همدوسی را از بین میبرند.
درمقابل روش جدید بیشتر شبیه چاپ سهبعدی است. به جای ذوبکردن، دستگاه لایههای نازکی از مواد را اسپری میکند و کریستال مورد نیاز را دقیقاً به شکل نهایی اتم به اتم میسازد. محققان میگویند: «ما از هیچ شروع میکنیم و دستگاه را اتم به اتم مونتاژ میکنیم. کیفیت یا خلوص این ماده به قدری بالاست که خواص همدوسی کوانتومی این اتمها فوقالعاده میشود.» اگرچه این روش یک تکنیک شناختهشده است، اما هرگز برای ساخت این نوع موادِ خاکی کمیاب استفاده نشده بود.
یافتههای این پژوهش در ژورنال Nature Communications منتشر شده است.