ساخت حافظه نوری برای اینترنت کوانتومی آینده/ هنگامی نور و الکترون، حافظه‌ای کوانتومی می‌ سازند_صبح سریع

دانشمندان دانشگاه کمبریج توانسته‌اند به روشی شگفت انگیز، صدای یک «کیوبیت» گمشده را از بین غوغای ۱۰۰ هزار هسته اتمی بشنوند؛ آن‌هم با دقتی بی‌نظیر و تنها با پشتیبانی نور و یک الکترون!

کشف «سوزن کوانتومی» در انبوهی از اتم‌ها

فکر کنید بخواهید یک چرخش کوچک و نامرئی در یکی از ۱۰۰ هزار ذره را اشکار کنید؛ کاری به‌ظاهر غیرممکن. اما پژوهشگران بریتانیایی توانسته‌اند این «سوزن کوانتومی» را در بین «انبار کاه» بیابند؛ با دقتی معادل ۱.۹ در میلیون! راهکار آن‌ها هم منفعت گیری از لیزر، یک الکترون، و اندکی جادو از دنیای کوانتوم است!

گشودن دریچه‌ای به اینترنت کوانتومی

محققان مرکز کاوندیش در دانشگاه کمبریج، با همکاری تیمی بین‌المللی، موفق شده‌اند اطلاعات زیاد حساس کوانتومی را به‌صورت نوری به درون یک خوشه از ۱۰۰ هزار هسته اتمی بفرستند، و آن را بدون برهم‌زدن حالت کوانتومی، بازیابی کنند. این دستاورد گامی بزرگ در راه ساخت «اینترنت کوانتومی» به حساب می اید؛ شبکه‌ای که در آن رایانه‌های کوانتومی از طریق نور با هم ربط برقرار می‌کنند.

کیوبیت‌های سرکش؛ چالش بزرگ ذخیره‌سازی

در دل هر «کوانتوم‌دات» یعنی کریستال‌های زیاد کوچکی که همانند اتم‌های مصنوعی عمل می‌کنند انبوهی از هسته‌های اتمی وجود دارد. هرکدام از این هسته‌ها می‌تواند به‌صورت بالقوه، اطلاعات کوانتومی را ذخیره کند. اما این هسته‌ها سرکش‌اند؛ چرخش‌های اتفاقی آن‌ها (یا همان «اسپین») سیستم را پر از نویز می‌کند.

هنگامی الکترون چوپان می‌شود!

استاد مت آتاتوره، سرپرست تیم تحقیق، می‌گوید: ما نمی‌توانیم به طور مستقیم با این اتم‌ها سخن بزنیم، اما می‌توانیم با یک الکترون ربط برقرار کنیم؛ درست همانند این که یک چوپان فقط با سگش سخن بزند و سگ، گله را هدایت کند..

با منفعت گیری از لیزر، آن‌ها الکترونی را تحریک می‌کنند تا با اسپین‌های هسته‌ای تعامل کند. در نتیجه، این مجموعه بزرگ و بی‌نظم از هسته‌ها، هماهنگ شده و به شکلی جمعی حرکت می‌کند.

صدایی که شنیده می‌شود

هنگامی که کل خوشه‌ اتم‌ها به‌صورت موجی هماهنگ حرکت کند، تحول کوچک در یکی از آن‌ها قابل‌تشخیص می‌شود؛ همانند گله‌ای از گوسفندان که اگر یکی جهت حرکتش را عوض کند، به‌وضوح دیده می‌شود. این هماهنگی علتمی‌شود تنها با یک تحول اسپینی، بتوان با دقتی بی‌سابقه «صدای» یک کیوبیت را شنید.

آینده‌ای روشن برای اینترنت کوانتومی

این فناوری نو، تنها به ساخت حافظه‌های کوانتومی نوری محدود نمی‌شود. بلکه عرصه‌ساز گسترش رایانه‌های کوانتومی حالت جامد نیز خواهد می بود. پژوهشگران می‌گویند قدم بعدی‌ آنها ذخیره و بازیابی کامل یک کیوبیت دلخواه در این سامانه است؛ چیزی که قطعه‌ گمشده پازل اینترنت کوانتومی محسوب می‌شود.

دانیل جکسون، دانشجوی دکترای مرکز کاوندیش و نویسنده اول مقاله، می‌گوید: ما اکنون می‌توانیم با این سامانه عظیم اتمی ربط برقرار و آن را کنترل کنیم. حتی صدای درونی‌اش را هم بشنویمو همه‌ این‌ کارها را تنها با نور انجام دهیم.

از آشفتگی کوانتومی تا نظم نوری

دستیابی به این چنین دقتی در تشخیص یک کیوبیت در ابر هسته‌ای، نشانه‌ای از بلوغ فناوری‌هایی است که به‌زودی بنیان‌گذار اینترنتی نوین خواهند می بود؛ اینترنتی نه بر پایه بیت‌ها، بلکه بر پایه کیوبیت‌ها؛ با زبانی از جنس نور، و حافظه‌ای در دل اتم‌ها.