ارتعاشات ناخواسته، نقاط کوانتومی را برای برقراری ارتباط امن تقویت می کنند
به گزارش تعمیر تلفن، بررسی جدید محققان آلمانی نشان داده است وقتی فونون ها مختل می شوند، رفتار نقاط کوانتومی را بهبود می بخشند و آنها را برای ارتباطات کوانتومی و رمزنگاری قابل اعتمادتر می کنند.
به گزارش تعمیر تلفن به نقل از ایسنا، محققان «دانشگاه بایروت»(University of Bayreuth) در بررسی جدید خود نشان داده اند که بروز ارتعاشات در مواد جامد معروف به «فونون ها»(Phonons) امکان دارد عملکرد ساختارهای کوچکی به نام نقاط کوانتومی را بعنوان منابع تک فوتونی افزایش دهد و با عنایت به اینکه فونون ها معمولاً بعنوان منابع اختلال در سیستم های کوانتومی درنظر گرفته می شوند، یک پیچ وتاب شگفت آور را پدید آورند.
به نقل از ادونسد ساینس نیوز، محققان دریافتند فونون ها می توانند خصوصیت معروف به «انسجام تعداد فوتون» را بهبود ببخشند که بر چگونگی حفظ رفتار کوانتومی ظریف یک سیستم کوانتومی تاثیر می گذارد. «پل هاگن»(Paul Hagen) از محققان این پروژه اظهار داشت: این معیار نشان داده است که فوتون گسیل شده چقدر کوانتومی است.
این کشف بخصوص برای نقاط کوانتومی که منابع تک فوتونی امیدوارکننده هستند، اهمیت دارد. هاگن اظهار داشت: نقاط کوانتومی، مشکلات منابع تک فوتونی دیگر را ندارند. نقاط کوانتومی واقعاً منابع تک فوتونی هستند و همان گونه که متوجه شدیم، انسجام تعداد فوتون نوری تولیدشده توسط آنها را میتوان با انتخاب پارامترهای متعدد تحریک تا حد زیادی تنظیم کرد.
یافته های این پژوهش می توانند راه را برای منابع تک فوتونی بسیار تنظیم پذیر با کاربردهایی در ارتباطات کوانتومی، رمزنگاری و سایر فناوری های درحال توسعه کوانتومی هموار کنند.
فناوری های کوانتومی به سرعت درحال پیشرفت هستند و کاربردهایی را از ارتباطات فوق ایمن و محاسبات کوانتومی قوی گرفته تا حسگرها و سیستم های تصویربرداری بسیار دقیق شامل می شوند. این نوآوری ها می توانند انقلابی را در حوزه هایی مانند امنیت سایبری، کشف دارو، علم مواد و ناوبری ایجاد کنند.
دراین میان، ارتباطات کوانتومی به علت توانایی خود در فعال کردن انتقال فوق امن داده با استفاده از اصول مکانیک کوانتومی مانند توزیع کلید کوانتومی، متمایز هستند. با این حال، عملکرد مناسب آنها بشدت به در دسترس بودن منابع تک فوتونی قابل اعتماد بستگی دارد.
فوتون ها اطلاعات را به شکل کیوبیت حمل می کنند که معادل کوانتومی بیت های کلاسیک است. بر خلاف بیت های کلاسیک که فقط می توانند ۰ یا ۱ باشند، کیوبیت ها می توانند در یک برهم نهی از هر دو حالت به صورت هم زمان وجود داشته باشند و رمزگذاری داده ها را پیچیده تر و امن تر کنند.
توانایی منبع برای انتشار دقیقاً یک فوتون در یک زمان برای اطمینان از انتقال ایمن پیام خیلی مهم است. برپایه مکانیک کوانتومی، اندازه گیری وضعیت یک سیستم به ناچار آنرا تغییر می دهد. بنابراین، اگر فقط یک فوتون گسیل شود، نمی توان آنرا به شکل پنهان اندازه گیری نمود.
با این حال، اگر چندین فوتون حامل اطلاعات یکسان به صورت تصادفی ساطع شوند، فقط می تواند یکی از آنها را رهگیری کند، چونکه این فوتون های اضافی به یک شکل به هم متصل نیستند. سپس، این فوتون های بی تاثیر بدون هیچ نشانه ای از دستکاری به طرف گیرنده می رسند و اجازه می دهند که امنیت حفظ شود.
روی آوردن به نقاط کوانتومی بعنوان منابع تک فوتونی
یافتن یک منبع تک فوتونی قابل اعتماد، چالش برانگیز است. یکی از انتخابهای تولید آنها که توسط جامعه علمی مورد بررسی قرار گرفته، از راه لیزر بوده است اما چنین روش هایی با محدودیت های قابل توجهی همراه هستند. بعنوان مثال، برای پیشگیری از انتشار چند فوتون، لیزر باید با شدت خیلی کم کار کند و این امر، سرعت انتقال اطلاعات را بشدت می کاهد.
این چالش ها محققان را به کشف منابع جایگزین تک فوتونی سوق داده اند که در آنها نقاط کوانتومی بعنوان یکی از امیدوارکننده ترین گزینه ها ظاهر می شوند. این مواد نیمه رسانا که اندازه آنها تنها چند نانومتر است، به علت مقیاس کوچک خود خصوصیت های نوری و الکترونیکی منحصربه فردی را نشان می دهند که اثرات کوانتومی در آنها نقش مهمی را بر عهده دارند. هنگامی که نقاط کوانتومی با نور لیزر هدایت می شوند، می توانند دقیقاً یک فوتون را در یک زمان ساطع کنند.
نقاط کوانتومی به علت تعامل با محیط اطراف بخصوص ارتعاشات شبکه کریستالی، مدت هاست که بعنوان منابع تک فوتونی مشکل ساز درنظر گرفته می شوند. این ارتعاشات می توانند بر سطوح انرژی الکترون های درون اتم های تشکیل دهنده نقطه کوانتومی تاثیر بگذارند و کنترل زمان، طول موج و تعداد فوتون های ساطع شده را مختل کنند که برای گسیل تک فوتونی قابل اطمینان خیلی مهم است.
پژوهش دانشگاه بایروت، این فرضیه را به چالش می کشد که تعامل بین نقاط کوانتومی و فونون ها همیشه برای انتشار تک فوتونی قابل اطمینان، مضر است. محققان جهت بررسی این موضوع، یک بررسی مکانیک کوانتومی مفصل را در رابطه با تعامل فونون ها با نقاط کوانتومی و تاثیر آنها بر خصوصیت های فوتون ساطع شده انجام دادند.
محققان، تعاملات پیچیده بین نقاط کوانتومی و فونون ها را مورد بررسی قرار دادند و چگونگی تاثیر آنها را بر خصوصیت فوتون های ساطع شده ارزیابی کردند. آنها در کمال تعجب دریافتند که تحت شرایط ویژه ای مانند شدت مناسب لیزر محرک، فونون ها می توانند انسجام تعداد فوتون را در نقطه کوانتومی بالا برند. انسجام تعداد فوتون، یک خصوصیت کلیدی است که بر چگونگی حفظ رفتار کوانتومی نور ساطع شده تاثیر می گذارد.
محققان برای رسیدن به این هدف، بر روش های عددی پیشرفته تکیه کردند و حتی الگوریتم ریاضی خویش را توسعه دادند. تکمیل این فرایند بیشتر از یک دهه طول کشید.
باآنکه این پژوهش نشان دهنده یک پیشرفت قابل توجه است و ارتباطات کوانتومی قابل اعتمادتر را با میزان بالاتری از انتقال اطلاعات نوید می دهد، اما هنوز چیزهای زیادی برای کشف شدن باقیمانده اند. هاگن اظهار داشت: بررسی انسجام تعداد فوتون در تک فوتون های ساطع شده از نقطه کوانتومی، یک حوزه جدید است و ما صرفاً مقدمات آنرا فراهم نموده ایم.
پژوهش های آینده بر اصلاح مکانیسم هایی تمرکز خواهند کرد که به انتشار تک فوتون در نقاط کوانتومی می انجامند و طراحی و محیط اطراف آنها را هم بهبود می بخشند تا این فرایند برای کاربردهای خاص، دقیق تر و قابل اطمینان تر شود.
این پژوهش در مجله «Advanced Quantum Technologies» به چاپ رسید.
منبع: تعمیر تلفن
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب