أول "مكرر الكم" تتحقق

تقدم جديد في التواصل الكمومي

في شبكة الكم ، هناك مجموعتان ذريتان متجاورتان ، تعمل كنقطة اتصال وكل منها متشابك مع فوتونات فردية. يتم توفير الذرات فائقة البرودة ، والتي تعمل كمخازن للكم ، عن طريق تبريد ضوء الليزر من خلال المصائد المغناطيسية البصرية في خلايا زجاجية ذات فراغ مفرط. يتم تحويل المجموعتين إلى حالة متشابكة شائعة عن طريق قياس حالة الجرس المشترك في الفوتونين الفرديين. يمكن قراءة الحالة المتشابكة للمجموعات الذرية لمعرفة المزيد من الاتصالات. يعكس سطوع دليل الضوء الأحمر فقدان الفوتون. المكعب الزجاجي هو ما يسمى بتقسيم شعاع الاستقطاب (PBS) ، وهو ضروري لقياس الجرس الجماعي. © جوليا غليس
قراءة بصوت عال

قام فريق دولي من العلماء بخطوة كبيرة أخرى نحو تحقيق التواصل الكمي على مسافات طويلة. في التجارب ، تمكنوا من تحقيق "مكرر كم" ثابت أو محول كمومي ، والذي لديه القدرة على أن يكون بمثابة لبنة أساسية في شبكات الاتصالات الكمومية المستقبلية.

إذا كنت تريد نقل البيانات عبر مسافات طويلة ، فيجب عليك مواجهة التوهين الذي لا مفر منه عن طريق تضخيم الإشارة المرسلة. تتم عملية تجديد الإشارة المرسلة هذه في الاتصالات الكلاسيكية في ما يسمى بمحطات التكرار. عندما يتم إرسال المعلومات الكمومية ، فإن نفس المبادئ الأساسية لفيزياء الكم التي تجعل التواصل الكمي آمنًا تمامًا تمنع مثل هذا التضخيم دون فقد المعلومات المرسلة.

نقل حالات الكم إلى الفوتونات

في كتاب "الطبيعة" ، يقدم علماء من جامعة هايدلبرغ ، وجامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين وجامعة فيينا للتكنولوجيا حول البروفيسور جيان وى بان مكررًا كموميًا ثابتًا ويظهر لأول مرة تبادلًا متبادلًا مع تخزين وقراءة الضوء.

في التجربة ، أنشأ الباحثون التشابك الكمومي ، وهو مكون أساسي في معالجة المعلومات الكمومية ، بين مجموعتين ذريتين منفصلتين مكانيا ومتصلين بواسطة كابل بصري طوله 300 متر. تم نقل حالات الكم المتشابكة المخزنة إلى فوتونات بعد وقت تخزين محدد وبالتالي تم التحقق منها.

تبادل آمن للمعلومات أكثر أهمية

التبادل الآمن للمعلومات هو حجر الزاوية المهم لمجتمعنا اليوم. يعتمد التواصل الكمي ، وهو نقل البيانات المشفرة بالبتات الكمومية ، على قوانين الميكانيكا الكمومية ويوفر طريقة فعالة وآمنة بالكامل لتبادل المعلومات في الشبكة. عرض

في الوقت الحاضر ، فإن الخسائر التي لا مفر منها - امتصاص الفوتونات في قناة الاتصال - تحد من نطاق الاتصالات الكمومية. نتيجة لذلك ، يزيد عدد الموارد المطلوبة بشكل كبير مع المسافة.

قناة الاتصال مقسمة إلى عدة قطاعات

لحل هذه المشكلة ، اقترح Briegel و D r و Cirac و Zoller (BDCZ) إنشاء مكررات الكم في عام 1998. الفكرة الأساسية هي تقسيم قناة الاتصال إلى عدة قطاعات قصيرة. يتم الآن بناء التقييد أولاً بجودة عالية في الأجزاء القصيرة.

ثم يتم توصيلها بواسطة تبادل تقييد ما يسمى. تزداد الموارد المطلوبة لبروتوكول الاتصال الكمومي أبطأ بكثير مع زيادة مسافة الاتصال عن البروتوكولات السابقة وبالتالي فهي مجدية عمليا. هذا يعني أن القيد الناتج في المراحل الوسيطة يمكن حفظه في ذاكرة الكم.

يكمن التحدي الرئيسي في ربط بروتوكول BDCZ بالتخزين الكمي. وقد تجلى هذا بنجاح في الدراسة الجديدة من خلال تحقيق مكرر BDCZ وظيفية الكم.

ذرات فائقة البرودة المتولدة

في التجربة ، تم إنشاء مجموعتين من مليون ذرة شديدة البرودة مع درجة حرارة 100 كيلفن الصغير - 273.15 درجة مئوية - لأول مرة في فخين مغنطيسيين - بصريين. في كل مجموعة ، يتم تكثيف الحالة الكمية الشائعة للذرات ، مع كل فوتون ، من خلال عملية نثر رامان.

في ما يلي ، قام الباحثون بتحويل المجموعات إلى حالة مقيدة من خلال إجراء قياس حالة الجرس المشترك على الفوتونين الفرديين ، ما يسمى بتغيير الحبس. لهذا الغرض ، يتم تمرير هذه الفوتونات مسبقًا عبر ألياف زجاجية بطول 300 متر. يتم الآن تخزين القيد الذي تم إنشاؤه في الذرات ويمكن قراءته لاحقًا والتحقق منه واستخدامه مرة أخرى من خلال إعادة حالة الكم الذرية إلى الفوتونات الجديدة.

في الطريق إلى شبكة الكم

الطريقة الموضحة هنا ، لتوليد البلبلة من خلال قياس الجرس المشترك على الفوتونات ، هي قوية في جوهرها وفقًا للعلماء. على وجه الخصوص ، إنها مستقلة عن مرحلتها ، وبالتالي فهي بالكاد حساسة للتغيرات الطولية في قناة الاتصال. هذا ضروري لتمكين الحجز والحبس بين التخزين الكمي على مسافات طويلة ، كلا العنصرين الرئيسيين في مكرر الكم الوظيفي مع البتات الذرية الثابتة كتخزين الكم والبتات الفوتونية الطائرة مثل الكم Nachrichtentrger.

يفترض الباحثون أن العناصر التي أثبتت تجربتها يمكن أن تمتد إلى شبكة الكم. ولكن بالنسبة للتطبيق القوي ، يجب تحسين جودة الذاكرة الكمومية وحاجز الفوتون الذري بشكل كبير.

(idw - جامعة هايدلبرغ ، 29.08.2008 - DLO)