نانو مؤلفه، یک جهش کوانتومی است

توضیح تصویر: تیم تحقیقاتی مؤلفه ای اختراع کرده است به نام روتور نانو مکانیکی که اطلاعات کوانتومی که توسط ذرات نور (فوتون) حمل می شوند را منتشر می کند و آنها را در مسیرهای مختلف درون یک تراشه فوتونی قرار می دهد. تراشه های فوتونی مانند میکروچیپ های رایانه ای هستند، آنها به جای الکترونها از نور استفاده می کنند. این مؤلفه، نانو – اپتو - مکانیک و فوتونیک کوانتومی را در هم ادغام می کند - دو زمینه تحقیقاتی که تا کنون هرگز ترکیب نشده‌اند.
اعتبار: Ola Jakup
 

محققان دانشگاه کپنهاگ یک نانو مؤلفه را تولید کرده اند که ذرات نوری را که اطلاعات کوانتومی را حمل می کنند منتشر می کند. در حالی که کمتر از یک دهم پهنای یک موی انسان را دارد، این مؤلفه‌ی خُرد امکان بزرگ مقیاس شدن را فراهم می آورد و در نهایت می تواند به قابلیت های مورد نیاز برای یک کامپیوتر کوانتومی یا اینترنت کوانتومی برسد. نتیجه‌ی این تحقیق دانمارک را در رأس گروه در مسابقه کوانتومی قرار داده است.
 
تیم هایی در سراسر جهان در تلاشند تا تکنولوژی های کوانتومی را توسعه دهند. تمرکز محققان در مرکز شبکه های کوانتومی هیبرید (Hy-Q) در موسسه نیلز بور در دانشگاه کپنهاگ، توسعه تکنولوژی ارتباطات کوانتومی بر اساس مدارهای نوری است که به عنوان مدارهای نانوفوتونی شناخته می شوند. محققان UCPH در حال حاضر پیشرفت بزرگی را تجربه کرده اند.
 
استاد پروفسور لئوناردو میدولو، که در طی پنج سال گذشته به این موفقیت دست یافته، می گوید: "این یک نتیجه واقعا بزرگ است، گرچه مؤلفه این قدر ریز است."
 
این تیم تحقیقاتی مؤلفه ای اختراع کرده است به نام روتور نانو مکانیکی که اطلاعات کوانتومی که توسط ذرات نور (فوتون) حمل می شوند را منتشر می کند و آنها را در مسیرهای مختلف درون یک تراشه فوتونی قرار می دهد. تراشه های فوتونی مانند میکروچیپ های رایانه ای هستند، آنها به جای الکترونها از نور استفاده می کنند. این مؤلفه، نانو – اپتو - مکانیک و فوتونیک کوانتومی را در هم ادغام می کند - دو زمینه تحقیقاتی که تا کنون هرگز ترکیب نشده‌اند. بیشترین ظرافت را، اندازه مؤلفه دارد، که فقط یک دهم موی انسان ضخامت دارد. همین اندازه میکروسکوپی است که برای برنامه های آینده امیدوار کننده است.
 
لئوناردو میدولو توضیح می دهد: "ادغام جهان‌های نانومکانیک و فوتونیک کوانتومی در یکدیگر راهی برای بزرگ مقیاس کردن فناوری کوانتومی است. در فیزیک کوانتومی، چالشی برای مقیاس پذیر کردن سیستم‌ها وجود داشته است. تا اکنون ما قادر به ارسال فوتون های فردی بوده ایم، اما برای انجام کارهای پیشرفته‌ی بیشتر با فیزیک کوانتومی، ما نیاز به بزرگ مقیاس کردن سیستم ها داریم، که این چیزی است که این اختراع اجازه آن را می دهد. برای ساختن یک کامپیوتر کوانتومی یا اینترنت کوانتومی، شما فقط نیاز به یک فوتون در یک زمان ندارید، شما به طور همزمان نیاز به فوتون‌های زیادی دارید که می توانید آنها را به یکدیگر متصل کنید."
 

برای بهره برداری از قوانین مکانیک کوانتومی به عنوان مثال برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی یا اینترنت کوانتومی، بسیاری از روتورهای نانومکانیکی باید در یک تراشه یکپارچه شوند. در حدود 50 فوتون لازم است تا توان کافی برای دستیابی به آنچه که به عنوان "برتری کوانتومی" شناخته می شود، داشته باشد. بر طبق نظر میدولو، روتور نانومکانیکی جدید انجام این کار را هدفی واقعی می سازد:
 
"ما محاسبه کرده ایم که روتور نانومکانیکی ما تاکنون می تواند تا ده فوتون افزایش مقیاس داشته باشد و با پیشرفت های بیشتری، باید بتواند 50 فوتون مورد نیاز برای رسیدن به " برتری کوانتومی " را به دست آورد."
 
این اختراع همچنین جهشی بزرگ رو به جلو در کنترل نور در یک تراشه است. تکنولوژی موجود اجازه می دهد تا تنها چند روتور به دلیل جای پای بزرگِ دستگاه یک تراشه منفرد یکپارچه شوند. بر عکس، روتورهای نانومکانیکی، آنقدر کوچک هستند که چندین هزار از آنها می توانند در همان تراشه یکپارچه شوند.
 
لئوناردو میدولو می گوید: "مؤلفه ما بسیار کارآمد است. همه چیز در این مورد است که قادر باشیم فوتونهای هر چه بیشتری را بلافاصله انتشار دهیم، بدون این که هیچ کدام از آنها را از دست بدهیم. هیچ تکنیک جاری دیگری اجازه‌ی این کار را نمی دهد."
 
این تحقیق در گروه فوتونیک کوانتوم در مؤسسه Niels Bohr انجام شده است که بخشی از مرکز تازه تاسیس شبکه های کوانتومی هیبرید (Hy-Q) است.
 
 از موارد استفاده‌ی این تکنولوژی رمز گذاری و رمز گشایی است:
 

استراق سمع برای رمزهای به اشتراک گذاشته شده با استفاده از پیام رسان‌های دارای مقیاس کوانتومی مهم است. یک رمز کوانتومی، شبیه یک حالت کوانتومی ناشناخته دو ذره درگیر حامل رمز است. در یک تحقیق جدید، دانشمندان درجه‌ی صداقت رمز کوانتومی را در هنگام انتقال محاسبه می کنند و کاوش می کنند که چگونه مانع استراق سمع شوند.
یک تیم تحقیقاتی مؤلفه ای اختراع کرده است به نام روتور نانو مکانیکی که اطلاعات کوانتومی که توسط ذرات نور (فوتون) حمل می شوند را منتشر می کند و آنها را در مسیرهای مختلف درون یک تراشه فوتونی قرار می دهد.  برای محافظت از محرمانه بودن یک پیام در حین انتقال آن، مردم آن را رمزگذاری می کنند. با این حال، وجود نویز در کانال های انتقال می تواند یک منبع نگرانی باشد در مورد این که انتقال پیام پس از رمز گشایی چقدر می تواند قابل اعتماد باشد. این به ویژه برای اسرارهایی که با استفاده از پیام رسانهای کوانتومی به اشتراک گذاشته شده است بسیار مهم است. به عنوان مثال، یک رمز کلاسیک، شکلِ یک رشته از صفرها و یک ها را به خود می گیرد، در حالی که یک رمز کوانتومی شبیه به حالت کوانتومی ناشناخته دو ذره درگیر حامل رمز است. این به این دلیل است که هیچ دو ذره کوانتومی نمی توانند در هر زمان داده شده ای در یک حالت یکسان باشند. در یک مطالعه جدید منتشر شده در EPJ D، چن مین بای از دانشگاه Norman Shaanxi، Xi'an، چین و همکاران او درجه اعتماد به رمز کوانتومی را هنگام انتقال محاسبه کردند و گزارش دادند که چگونه می توان از استراق سمع اجتناب نمود.
 
منبع:
سایت ساینس دِیلی