ساخت حافظه نوری برای اینترنت کوانتومی آینده/ وقتی نور و الکترون، حافظه‌ای کوانتومی می‌ سازند

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

کشف «سوزن کوانتومی» در انبوهی از اتم‌ها

تصور کنید بخواهید یک چرخش کوچک و نامرئی در یکی از ۱۰۰ هزار ذره را پیدا کنید؛ کاری به‌ظاهر غیرممکن. اما پژوهشگران بریتانیایی توانسته‌اند این «سوزن کوانتومی» را در میان «انبار کاه» بیابند؛ با دقتی معادل ۱.۹ در میلیون! راهکار آن‌ها هم استفاده 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 بسیار حساس کوانتومی را به‌صورت نوری به درون یک خوشه از ۱۰۰ هزار هسته اتمی بفرستند، و آن را بدون برهم‌زدن وضعیت کوانتومی، بازیابی کنند. این دستاورد گامی بزرگ در راه ساخت «اینترنت کوانتومی» به شمار می‌رود؛ شبکه‌ای که در آن رایانه‌های کوانتومی از طریق نور با هم ارتباط برقرار می‌کنند.

کیوبیت‌های سرکش؛ چالش بزرگ ذخیره‌سازی

در دل هر «کوانتوم‌دات» یعنی کریستال‌های بسیار کوچکی که مانند 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 تصادفی آن‌ها (یا همان «اسپین») سیستم را پر از نویز می‌کند.

وقتی الکترون چوپان می‌شود!

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

با استفاده 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 رفتار می‌کند.

صدایی که شنیده می‌شود

هنگامی که کل خوشه‌ اتم‌ها به‌صورت موجی هماهنگ حرکت کند، تغییر کوچک در یکی از آن‌ها قابل‌تشخیص می‌شود؛ مانند گله‌ای از گوسفندان که اگر یکی جهت حرکتش را عوض کند، به‌وضوح دیده می‌شود. این هماهنگی باعث می‌شود تنها با یک تغییر 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 زمینه‌ساز توسعه رایانه‌های کوانتومی حالت جامد نیز خواهد بود. پژوهشگران می‌گویند گام 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 حالا می‌توانیم با این سامانه عظیم اتمی ارتباط 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 چنین دقتی در تشخیص یک کیوبیت در ابر هسته‌ای، نشانه‌ای از بلوغ فناوری‌هایی است که به‌زودی بنیان‌گذار اینترنتی نوین خواهند بود؛ اینترنتی نه بر پایه بیت‌ها، بلکه بر پایه کیوبیت‌ها؛ با زبانی از جنس نور، و حافظه‌ای در دل اتم‌ها.