تعمل أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الاتصالات الكمومية عن طريق تشفير المعلومات إلى ملفات فردية أو
ما هي الكيوبتات والكوديتس؟
عادة، تقوم أنظمة الاتصالات الكمومية "بالتسجيل"معلومات عن الزخم الزاوي لدوران الفوتون. في هذه الحالة، يقومون إما بدوران دائري لليمين أو اليسار، أو يشكلون تراكبًا كميًا لفوتونين - كيوبت ثنائي الأبعاد.
من الممكن أيضًا تشفير المعلوماتحول الزخم الزاوي المداري للفوتون - المسار "المفتاحي" الذي يتبعه الضوء، ويلتوي ويتحرك للأمام بينما يدور كل فوتون حول مركز الشعاع. يؤدي الجمع بين الزخم الدوراني والزخم الزاوي إلى تكوين qudit متعدد الأبعاد والقدرة على تشفير ونشر أي نطاق لا حصر له من القيم نظريًا باستخدام فوتون واحد.
تُستخدم الكيوبتات والكوديتات فينشر المعلومات المخزنة في الفوتونات من نقطة إلى أخرى. والفرق الرئيسي هو أن الكيوبتات يمكنها نقل معلومات أكثر بكثير على نفس المسافة من الكيوبتات، مما يوفر الأساس للجيل القادم من الاتصالات الكمومية.
حركة Kudit عند الطلب
كجزء من دراسة فيزيائية جديدة بقيادةمع ستيفان ستروف، رئيس مختبر الضوئيات النانوية في جامعة ستيفنز، أوضح كيفية إنشاء والتحكم في كيودتات طيران فردية، أو فوتونات "متعرجة"، عند الطلب. سيؤدي هذا الاختراق إلى توسيع قدرات أدوات الاتصال الكمومي بشكل كبير.
الفوتونات. الصورة: commons.wikimedia.org
خصوصية التجربة هي أن تدوروالزخم الزاوي المداري هما خصائص مستقلة للفوتون. الجهاز الجديد هو الأول الذي يمكنه التحكم في كليهما في نفس الوقت، وذلك باستخدام الاتصال المتحكم بينهما.
كل هذا يمكن القيام به باستخدام فوتونات مفردة بدلاً من أشعة الضوء الكلاسيكية: وهو مطلب أساسي لأي تطبيق اتصال كمي.
ماذا ستعطي؟
وفقًا لعلماء الفيزياء، الترميزالمعلومات في الزخم الزاوي المداري يزيد حجمها بشكل جذري للإرسال. سيؤدي استخدام الفوتونات المتعرجة إلى زيادة إنتاجية أدوات الاتصال الكمومية، مما يسمح لها بنقل البيانات بشكل أسرع بكثير.
كيف تم تكوين الفوتونات "المتعرجة"؟
العلماء لإنشاء فوتونات "ملتوية".استخدم الباحثون فيلمًا بسمك ذرة من ثنائي سيلينيد التنجستن، وهي مادة شبه موصلة جديدة، لإنشاء باعث كمي قادر على إصدار فوتونات مفردة.
ثم قاموا بتوصيل باعث الكممع مساحة عاكسة داخلية على شكل دونات - مرنان حلقي. تم استخدام الضبط الدقيق لموقع الباعث ورنان التروس لإجبار دوران الفوتون وزخمه الزاوي المداري على التفاعل لإنشاء فوتونات "شوكية" فردية عند الطلب.
المفتاح لتمكين ميزة القفل هذه هونبض الدوران هو النمط المتعرج للرنان الحلقي. عندما يتم تصميمه بعناية، فإنه يخلق شعاعًا متعرجًا ودواميًا من الضوء يصدره الجهاز بسرعة الضوء.
من خلال دمج هذه القدرات في شريحة واحدةبقياس 20 ميكرون فقط - حوالي ربع عرض شعرة الإنسان - أنشأ الفيزيائيون باعثًا للفوتونات المتعرجة. وتتمثل ميزتها الخاصة في قدرتها على التفاعل مع المكونات القياسية الأخرى كجزء من نظام الاتصال الكمي.
ما التالي؟
لاحظ مؤلف التطوير أن هناك العديد منهامشاكل مهمة. نعم، يمكن للتكنولوجيا الجديدة التحكم في الاتجاه الذي يتحرك فيه الفوتون بشكل حلزوني، في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة. ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من التحسينات للتحكم في العدد الدقيق لأنماط الزخم الزاوي المداري. وهذا أمر بالغ الأهمية، لأنه من الناحية النظرية، من الممكن كتابة مجموعة لا حصر لها من القيم المختلفة في فوتون واحد، ومن ثم استخلاصها منه.
ووفقا للعلماء، فإن التجارب الأخيرة في مختبر ستروف للضوئيات النانوية تظهر نتائج واعدة. لذلك يمكن حل هذه المشكلة قريبا.
هناك حاجة أيضا إلى مزيد من العمللإنشاء جهاز يمكنه إنشاء فوتونات ملتوية ذات خصائص كمومية متسقة تمامًا، أي فوتونات لا يمكن تمييزها. وهذا مطلب أساسي لتحقيق الإنترنت الكمومي. ووفقا للعلماء، فإن مثل هذه المشاكل تؤثر على كل من يعمل في مجال الضوئيات الكمومية. وسوف يتطلب حل هذه المشاكل تحقيق إنجازات جديدة في علم المواد.
قراءة المزيد:
نوع غير معروف من الحشرات المجنحة "مخفي" في العنبر لأكثر من 35 مليون سنة
تم عرض تسرب الغاز من نورد ستريم من الفضاء
شاهد كيف اقترب كوكب المشتري والقمر في سماء الليل