گره تکرارکننده کوانتومی با طولموج مخابراتی اطلاعات کوانتومی را تا دهها کیلومتر منتقل میکند
افزایش مسافت امن برای انتقال اطلاعات در شبکههای ارتباطات مخابراتی یک چالش بزرگ است. یکی از راهحلهایی که برای این کار پیشنهاد شده است، استفاده از تکرارکنندههای کوانتومی است. اخیراْ در دانشگاه اینسبروک، نمونه یک تکرارکننده کوانتومی ساخته شده است.
ربع قرن پیش، فیزیکدانان نظری در دانشگاه اینسبروک اولین پیشنهاد را در مورد چگونگی انتقال اطلاعات کوانتومی از طریق تکرارکنندههای کوانتومی در فواصل طولانی ارائه کردند که دریچهای را به روی ساخت یک شبکه اطلاعات کوانتومی در سراسر جهان باز میکرد.
اکنون، نسل جدیدی از محققان اینسبروک یک گره تکرارکننده کوانتومی برای طولموج استاندارد شبکههای مخابراتی ساختهاند و اطلاعات کوانتومی را در فاصله دهها کیلومتر مخابره کردهاند. این مطالعه در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
شبکههای کوانتومی، پردازندههای کوانتومی یا حسگرهای کوانتومی را به یکدیگر متصل میکنند. این کار امکان ارتباط امن و شبکههای حسگری توزیعشده با عملکرد بالا را فراهم میکنند. بین گرههای شبکه، اطلاعات کوانتومی توسط فوتونهایی که از طریق موجبرهای نوری حرکت میکنند، مبادله میشود. با این حال، در فواصل طولانی، احتمال از بین رفتن فوتونها بهطور چشمگیری افزایش مییابد.
از آنجایی که اطلاعات کوانتومی را نمیتوان به سادگی کپی و تقویت کرد، 25 سال پیش هانس بریگل (به انگلیسی: Hans Briegel )، ولفگانگ دور (به انگلیسی: Wolfgang Dür )، ایگناسیو سیراک ( به انگلیسی: Ignacio Cirac) و پیتر زولر (به انگلیسی: Peter Zoller)، که در آن زمان همه در دانشگاه اینسبروک بودند، نقشههای یک تکرارکننده کوانتومی را آماده کردند که شامل منابع درهمتنیدگی نور- ماده و حافظههایی برای ایجاد درهمتنیدگی در پیوندهای شبکه مستقل بودند. ایجاد درهمتنیدگی بین گرههای شبکه با استفاده از مبادله درهمتنیدگی (به انگلیسی: entanglement swaping) انجام میشود.
انتقال در فواصل بیش از 800 کیلومتر هم امکانپذیر است
فیزیکدانان کوانتومی به رهبری بن لانیون (به انگلیسی: Ben Lanyon) از دپارتمان فیزیک تجربی در دانشگاه اینسبروک اکنون موفق به ساخت بخشهای اصلی یک تکرارکننده کوانتومی شدهاند – یک گره شبکه کاملاً کارآمد که با دو سیستم تکمادهای ساخته شده است و امکان ایجاد درهمتنیدگی با یک فوتون در فرکانس استاندارد شبکه مخابراتی و مبادله درهمتنیدگی را فراهم میکند.
گره تکرارکننده شامل دو یون کلسیم است که در یک تله یونی درون یک تشدیدگر نوری گرفتار شدهاند. به این ترتیب، دانشمندان انتقال اطلاعات کوانتومی را بر روی یک فیبر نوری به طول 50 کیلومتر با تکرارکننده کوانتومی دقیقاً در نیمه راه بین نقطه شروع و پایان نشان دادند.
محققان همچنین توانستند محاسبه کنند که چه بهبودهایی در این طرح برای امکانپذیر ساختن انتقال در مسافتهای بیش از 800 کیلومتر ضروری است که به آنها امکان میدهد اینسبروک را به وین متصل کنند.