فیزیکدانان پس از بیش از ۲۵ سال تلاش، برای نخستین‌بار توانستند نوعی پیچیده از درهم‌تنیدگی کوانتومی موسوم به «حالت W» را به‌طور مستقیم اندازه‌گیری و شناسایی کنند؛ دستاوردی که می‌تواند مسیر توسعه فناوری‌های محاسبات کوانتومی، ارتباطات کوانتومی و حسگرهای دقیق‌تر را هموار کند.
به گزارش سیناپرس، درهم‌تنیدگی کوانتومی یکی از عجیب‌ترین پدیده‌های فیزیک کوانتومی است که در آن چند ذره، مانند فوتون‌ها، به گونه‌ای به یکدیگر وابسته می‌شوند که دیگر نمی‌توان وضعیت آنها را به‌صورت مستقل توصیف کرد. این ویژگی یکی از پایه‌های اصلی فناوری‌های نوین کوانتومی به شمار می‌رود.
پژوهشگران دانشگاه‌های کیوتو و هیروشیما در ژاپن، با طراحی یک روش جدید، توانستند وضعیت درهم‌تنیده سه فوتون را در قالب حالت W شناسایی کنند. نتایج این پژوهش در مجله Science Advances منتشر شده است.
پیش از این، دانشمندان توانسته بودند نوع دیگری از درهم‌تنیدگی چندذره‌ای موسوم به حالت GHZ را اندازه‌گیری کنند؛ اما اندازه‌گیری حالت W به دلیل ساختار پیچیده‌تر آن چالش بیشتری داشت.
یکی از ویژگی‌های مهم حالت W این است که اگر یکی از ذرات درهم‌تنیده از سیستم خارج شود، ذرات باقی‌مانده همچنان می‌توانند ویژگی درهم‌تنیدگی خود را حفظ کنند. همین ویژگی، این حالت را برای برخی کاربردهای فناوری کوانتومی ارزشمند می‌کند.
یکی از مشکلات اصلی در اندازه‌گیری چنین سامانه‌هایی، روش موسوم به توموگرافی کوانتومی است. در این روش، دانشمندان باید تعداد زیادی اندازه‌گیری انجام دهند و نتایج را در کنار یکدیگر قرار دهند تا وضعیت کامل سامانه مشخص شود. علاوه بر این، با افزایش تعداد ذرات درهم‌تنیده، تعداد اندازه‌گیری‌های مورد نیاز به‌صورت نمایی افزایش می‌یابد.
پژوهشگران ژاپنی برای عبور از این محدودیت، روشی طراحی کردند که امکان اندازه‌گیری کل سامانه در یک مرحله را فراهم می‌کند. آنها سه فوتون با قطبش مشخص را وارد یک مدار نوری مبتنی بر تبدیل فوریه گسسته کردند. این سامانه با ایجاد مسیرهای مختلف برای فوتون‌ها و ترکیب دوباره آنها، امکان بررسی ویژگی‌های موجی و تقارن کوانتومی حالت W را فراهم کرد.
نتایج آزمایش نشان داد این روش توانسته است حالت W را با دقت ۸۷.۱ درصد شناسایی کند؛ رقمی که به‌طور محسوسی بالاتر از آستانه ۶۶.۷ درصدی لازم برای اثبات موفقیت اندازه‌گیری درهم‌تنیدگی سه‌ذره‌ای است.
پژوهشگران علت نرسیدن دقت به ۱۰۰ درصد را به نقص‌های موجود در آماده‌سازی فوتون‌ها و تجهیزات اندازه‌گیری نسبت داده‌اند.
به گفته محققان، این دستاورد می‌تواند گامی مهم برای توسعه روش‌های اندازه‌گیری درهم‌تنیدگی چندکیوبیتی در رایانش کوانتومی فوتونی، ارتباطات کوانتومی و فناوری‌های حسگری باشد. آنها در مرحله بعد قصد دارند این فناوری را در قالب مدارهای کوانتومی فوتونیکی روی تراشه توسعه دهند.
انتظار می‌رود پیشرفت در این حوزه در آینده به توسعه کاربردهای عملی رایانش کوانتومی، از جمله در حوزه‌هایی مانند پژوهش دارویی، پزشکی شخصی‌سازی‌شده و رمزنگاری کمک کند.