دستاوردی بزرگ در انتقال کوانتومی اطلاعات میان ماده و نور

ایجاد یک کیوبیت(qubit) در سلنید روی(Zinc selenide) که یک ماده ی نیمه رسانای شناخته شده میباشد، زمینه را برای ساخت سطح مشترک میان فیزیک کوانتومی و انتقال اطلاعات با سرعت نور هموار نموده است.
این دستاورد که توسط تیمی از مرکز تحقیقات ملی فرانسه و پلی تکنیک مونترال حاصل آمده ما را به عصری نزدیک تر می کند که در آن، شرایط برای انتقال اطلاعات با اصول کوانتوم مساعد است. رفتار ماده در مقیاس نانومتر به کمک فیزیک کوانتومی به بررسی می رسد. ماحصل تمامی این تلاشها، ایجاد شبکه های ارتباطی کوانتومی خواهد بود.

فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتومی

فیزیک کلاسیک در کامپیوترهای امروزی حکمفرمایی می کند. میلیاردها الکترون در کنار هم کار می کنند تا یک بیت اطلاعات حاصل آید. در فیزیک کوانتومی، تک تک الکترون ها به دلیل ویژگی خارق العاده شان مورد توجه اند. الکترون می تواند مقدار صفر، یک یا هر روگذاری از این دو حالت را اتخاذ کند. و این کیوبیت نام دارد، معادل کوانتومی بیت. کیوبیت ها اطلاعات ارزشمندی را در اختیار محققان قرار می دهند.

الکترون به مانند فرفره گردان به دور خودش می چرخد. با اعمال یک میدان مغناطیسی این فرفره(اسپین) به بالا و پایین جهیده یا به طور همزمان به بالا و پایین حرکت می کند تا سرانجام یک کیوبیت شکل گیرد. ما می توانیم به جای استفاده از یک الکترون، از غیاب الکترون بهره ببریم که فیزیک آن را یک “حفره/چاله” نامگذاری می کند. حفره به مانند هم نژادش یعنی الکترون، دارای یک اسپین یا چرخش میباشد که کیوبیت از آن شکل می گیرد. کیوبیت ها را موجودات کوانتومی ظریف و شکننده توصیف کرده‌اند و به همین منظور، به محیط ِ خاصی احتیاج دارند.
“سلنید روی” بلوری است که اتم ها در آن بطور دقیق ساماندهی شده اند. علاوه بر این، “سلنید روی” ماده ای نیمه رسانا میباشد که بکارگیری ناخالصی های تلوریم در آن کار آسانی جلوه می کند. تلوریم خویشاوند نزدیک سلنیوم در جدول تناوبی محسوب می‌شود که حفره ها در آن به مانند حباب های درون یک لیوان به دام افتاده اند، این محیط از کیوبیت محافظت کرده و در حفظ دقیق اطلاعات کوانتومی آن برای مدت طولانی نقش موثری ایفا می کند. زمان هم فازی یا هم نوسانی مهم است و فیزیکدانان در صدد گسترش آن به کمک هر نوع ابزار ممکن هستند. انتخاب ِ “سلنید روی” هدفمند است چرا که می تواند آرام ترین محیط کلیه مواد نیمه رسانا را به ارمغان آورد.

تلاش گروه دانشمندان

فیلیپ سنت ژان، دانشجوی مقطع دکتری که در عضویت تیم تحقیقاتی پروفسور سباستین فرانسوئر به فعالیت می پردازد، از فوتون های تولید شده توسط لیزر برای ایجاد حفره و ثبت اطلاعات کوانتومی بر روی آن استفاده می کند. او برای خواندن اطلاعات، حفره را مجددا با لیزر بر می انگیزد و سپس فوتون های منتشر شده را جمع آوری می نماید. ماحصل این کارها، انتقال کوانتومی ِ اطلاعات میان کیوبیت ساکن محبوس در بلور و کیوبیت متحرک(فوتونی که با سرعت نور حرکت می کند) خواهد بود.
این روش جدید نشان می دهد که امکان ایجاد کیوبیتی سریع تر از از آنچه که تا کنون با روش های قبلی حاصل آمده وجود دارد. در حقیقت، چند پیکو ثانیه یا کمتر از یک میلیاردم ثانیه برای رفتن از کیوبیت متحرک به کیوبیت ساکن و بالعکس نیاز است. اگرچه این دستاورد از آینده‌ای نویدبخش خبر می دهد، اما به کارهای پژوهشی بسیاری نیاز داریم تا از یک شبکه کوانتومی برای انجام تراکنش های امن بانکی یا ساختن کامپیوتر کوانتومی جهت اجرای پیچیده ترین محاسبات استفاده کنیم. تیم تحقیقاتی سباستین مسئولیت تحقق این هدف را بر عهده گرفته است.