انتقال یک تصویر در ۱۰۰ کانال کوانتومی

تصور کنید یک تصویر به جای عبور از یک مسیر واحد، هم‌زمان از ۱۰۰ مسیر نامرئی عبور کند و اطلاعات کوانتومی آن در سوی دیگر بازسازی شود. این تصویر البته در آزمایشگاه ناپدید نشده و از جایی به جای دیگر «پرواز» نکرده است؛ اما فیزیکدانان اکنون توانسته‌اند اطلاعات کوانتومی ۱۰۰ بخش از یک تصویر را به‌طور هم‌زمان از طریق ۱۰۰ کانال کوانتومی منتقل کنند؛ دستاوردی که می‌تواند یکی از موانع مهم بر سر راه ارتباطات کوانتومی پرظرفیت را برطرف کند.

تیمی از فیزیکدانان به رهبری «جیتای جینگ» از دانشگاه نرمال شرق چین، با استفاده از ۱۰۰ کانال نوری مستقل، موفق شدند اطلاعات کوانتومی رمزگذاری‌شده در یک تصویر ۱۰۰ پیکسلی را به‌صورت موازی تله‌پورت کنند. پژوهشگران می‌گویند این، تا آنجا که می‌دانند، بزرگ‌ترین تعداد کانال‌های مستقل تله‌پورت کوانتومی است که تاکنون به‌طور هم‌زمان آزمایش شده است.

تله‌پورت کوانتومی واقعاً چیست؟

تله‌پورت کوانتومی برخلاف چیزی که از فیلم‌های علمی‌تخیلی می‌شناسیم، به معنای انتقال یک جسم از نقطه‌ای به نقطه دیگر نیست. در این فرایند، حالت کوانتومی یک سیستم با کمک درهم‌تنیدگی کوانتومی و ارتباط کلاسیک، به سیستم دیگری منتقل می‌شود.

این فناوری پیش از این در مقیاس‌های کوچک و با ذراتی مانند فوتون‌ها و اتم‌ها آزمایش شده بود و حتی انتقال حالت‌های کوانتومی در فاصله‌های بیش از ۱۰۰ کیلومتر و از زمین به ماهواره نیز انجام شده است. اما برای ساخت شبکه‌های کوانتومی بزرگ، فقط افزایش فاصله کافی نیست؛ شبکه باید بتواند حجم بسیار بیشتری از اطلاعات را نیز به‌طور هم‌زمان منتقل کند.

«تصویر» چگونه تله‌پورت شد؟

پژوهشگران برای حل این مسئله، نور را در قالب یک آرایه ۱۰ در ۱۰ قرار دادند. هر خانه از این آرایه مانند یک «پیکسل» در نظر گرفته شد و در مجموع ۱۰۰ حالت نوری مستقل شکل گرفت.

سپس برای این ۱۰۰ مسیر، یک آرایه متناظر از نور درهم‌تنیده ایجاد شد. نکته مهم این بود که تمام کانال‌ها به‌جای پردازش جداگانه، با یک سامانه تمام‌نوری به‌صورت موازی پردازش شدند.

اطلاعات کوانتومی هر یک از این حالت‌های نوری منتقل شد و در مقصد، الگوی کلی حرف انگلیسی «Q» بازسازی شد. بنابراین آنچه تله‌پورت شده، خود تصویر یا پیکسل‌های آن نبوده، بلکه حالت کوانتومی میدان نوری در هر یک از ۱۰۰ مسیر بوده است.

چرا این آزمایش اهمیت دارد؟

پژوهشگران برای سنجش کیفیت انتقال، شاخصی به نام «وفاداری» یا Fidelity را اندازه‌گیری کردند؛ معیاری که نشان می‌دهد حالت کوانتومی دریافت‌شده تا چه اندازه به حالت اولیه شباهت دارد.میانگین وفاداری در این آزمایش به ۰.۶۰ رسید، در حالی که حد کلاسیکی، یعنی سطحی که بدون استفاده از درهم‌تنیدگی کوانتومی می‌توان به آن دست یافت، حدود ۰.۵۲ بود. مهم‌تر اینکه وفاداری انتقال در هر ۱۰۰ کانال از حد کلاسیکی بالاتر بود.

این نتیجه نشان می‌دهد افزایش تعداد کانال‌های تله‌پورت الزاماً به معنای ساخت ۱۰۰ سامانه کاملاً جداگانه نیست و می‌توان از یک معماری موازی برای افزایش ظرفیت ارتباطات کوانتومی استفاده کرد.

البته این فناوری هنوز در مراحل آزمایشگاهی است. اندازه آرایه ۱۰۰ کاناله در این آزمایش تا حد زیادی به توان حدود یک وات لیزر محدود بود. پژوهشگران معتقدند با استفاده از منابع نوری قدرتمندتر می‌توان تعداد کانال‌ها را افزایش داد.

این یافته که در Physical Review Letters منتشر شده، یک گام مهم در مسیر توسعه شبکه‌های کوانتومی با ظرفیت بالاتر است؛ شبکه‌هایی که در آینده می‌توانند امکان انتقال هم‌زمان حجم بسیار بیشتری از اطلاعات کوانتومی را فراهم کنند.

مترجم:مهگل غفاری