تكنولوجيا

التحريك عن بعد الكم: كل ما تريد معرفته ، ولكن خائف من أن تسأل

حدث شيئان مثيران للاهتمام الشهر الماضي.الأحداث في مجال تكنولوجيا الكم: نقل العلماء الصينيون فوتونات الضوء من محطة أرضية إلى قمر صناعي فضائي وعقد المؤتمر السنوي لكبار الخبراء في فيزياء الكم في موسكو. تمكن Business Insider من التقاط الدكتور Eugene Polzik من معهد نيلز بور ، أحد الخبراء البارزين في النقل عن بعد الكم ، واستجوابه حول مجموعة متنوعة من القضايا ، بما في ذلك النجاح المتميز لزملائه الصينيين.

"تم إجراء اتصالات من هذا النوع فيومع ذلك ، فقد نجح العلماء الصينيون منذ عام 1997 في تحقيق هذا التأثير التكنولوجي المذهل على مسافة كبيرة ".

في عام 2012 ، قام فريق من العلماء الأوروبيين بنجاحالفوتونات المنقولة عن بعد بين جزر الكناري. بين أجهزة الإرسال والاستقبال ، كانت المسافة 141 كيلومترًا. تمكن الباحثون الصينيون من تحطيم هذا الرقم القياسي في يوليو ، عندما نجحوا في نقل الفوتونات إلى مسافة تزيد عن 500 كيلومتر.

لطالما حلمنا بتكنولوجيا مماثلة منStar Trek ، على الرغم من أن حدسنا قد قال دائمًا إن النقل عن بعد أمر مستحيل من حيث المبدأ. ومع ذلك ، فإن الفيزياء في عالمنا الواقعي ، الذي نتناوله يوميًا ، تشبه إلى حد ما فيزياء عالم الكوانتا. هنا قوانين قوانين السقوط من الهاوية والسيطرة على الإلكترونات وفوتونات الضوء الفردية تختلف تماما عن ما اعتدنا على رؤيته. لذلك ، في مثل هذا العالم الغريب ، يكون كل شيء ممكنًا تقريبًا ، بما في ذلك النقل عن بعد. كيف لمعرفة كل ذلك؟ ابدأ بالتشابك الكمومي.

ما هو التشابك الكمى؟

في بعض الأحيان تتحول جزيئات الكممرآة متصلة. مهما حدث لأحد هذه الجسيمات ، فإن نفس الشيء سيحدث للآخر. حتى لو كانت مفصولة بمسافات كبيرة. ما زالوا كائنين منفصلين ، لكنهما متطابقان في كل شيء. عندما يفصل جسيمان حالاتهما عن بعضهما البعض ، فإن هذه الجسيمات تسمى متشابكة.

"لنفترض أنني خلقت بضعة فوتونات متشابكة" ، يشرح كراولر.

"أترك واحدًا معي ، والآخر أرسله معيباستخدام ليزر على قمر صناعي فضائي في المدار ، على أمل أن يصل الفوتون إلى وجهته. لا يمكن اعتبار النقل عن بعد ناجحًا إلا عندما تنقسم حالة تشابك فوتونين بين محطتي الإرسال والاستقبال. "

التعقيد التقني الرئيسي لهذه العمليةالنقل عن بعد هو نقل الفوتون على مسافة معينة من شريك الجسيمات المتشابك. في حالة التجربة الصينية ، كان فوتون واحد في مختبر على الأرض ، والثاني تم إرساله بنجاح إلى قمر صناعي يدور حوله. التغييرات التي حدثت مع الفوتون على الأرض كجزء من عمليات التلاعب بالعلماء أثرت أيضًا على الفوتون في الفضاء - وهذا هو الانتقال الكمي الخالص.

كيف نفهم ما إذا كان القمر الصناعي قد تلقى الفوتون المطلوب ، وليس بعض الجسيمات العشوائية من الضوء؟

هذا سهل نسبيا بفضلعملية تسمى التصفية الطيفية. إنها تتيح للعلماء التعرف على فوتونات الضوء الفردية وتتبعها ، مع تمييزها برقم تعريف فريد.

"أنت تعرف وتيرة الفوتون الذي أنتإرسال ، أنت تعرف اتجاهها. يتم توجيه القمر الصناعي إلى مصدر المنشأ الموجود على الأرض. إذا كان لديك أجهزة بصرية جيدة للغاية على كلا الجانبين ، فإن هذه البصريات لا ترى إلا المصدر ، ولا شيء أكثر من ذلك ، "يواصل بولزيك.

طريقة الترشيح الطيفي غير مبالية بـ "الضوضاء" في شكل فوتونات أخرى. على سبيل المثال ، أثناء التجربة نفسها في جزر الكناري ، تم نقل العدوى في سماء مشمسة صافية.

تم نقل ملايين الفوتونات إلى القمر الصناعي ، لكن 900 منها فقط وصلت إلى الوجهة ، لماذا؟

كلما حاولت إرسال متشابكةالفوتون ، تصبح هذه العملية أقل فعالية. علاوة على ذلك ، فإن الغلاف الجوي للأرض يتحرك باستمرار ، وبالتالي فإن فقد الفوتونات في طريقها إلى الفضاء الخارجي أمر سهل.

"حتى لو لم يكن هناك جو ، أنتلا يزال من الضروري تركيز شعاع الضوء بحيث يستهدف القمر الصناعي. يقول بولزيك: إذا قمت بتأشير مؤشر ليزر على راحة يدك ، فستكون نقطة الضوء صغيرة ، ولكن فقط قم بإزالة الليزر وتصبح النقطة أكبر - وهذا هو قانون الحيود.

من الأرض ، يصعب للغاية اختراق الضوء إلى الفضاء (إلى جهاز استقبال بصري مركب على قمر صناعي يدور حوله). إنه مشوه إلى حد كبير ، لذلك معظم الفوتونات لا تذهب إلى أي مكان.

"النقل الفضائي الناجح ممكن فقط فيوقت قصير جدا. بشكل عام ، هذا أمر غير عملي للغاية ، ولكن مع ذلك ، يمكن العثور على طرق لتطبيق هذه التكنولوجيا "، يواصل بولزيك.

هل الانتقال الكمي قدرة فورية على نقل البيانات؟

ليس حقا لا تختفي الكائنات المنقولة عن بُعد ، ثم تعاود الظهور في مكان آخر. يستخدم العلماء التشابك لنقل المعلومات حول الحالة الكمية للفوتون إلى آخر. بدون هذه المعلومات ، سيتعين على الفوتون تغطية المسافة بأكملها بين المرسل والمستقبل فعليًا. ومرة أخرى ، لا يتم نقل المعلومات على الفور. لا يمكن تحقيق ذلك إلا عندما يقيس المرسل الحالة الكمية لفوتونه ، مما يؤدي إلى تغيير حالة الفوتون في المستقبل. بسبب التشابك الكمومي ، يصبح الفوتون "فوتون" آخر.

إذن ما كل هذا؟

تحريك تخاطر الكم يمكن أن يثبت هذا المفهومإمكانيات إنشاء شبكة اتصالات عالمية فائقة الأمان. كمفتاح لفتح القفل ، ستصل الرسالة المرسلة عبر شبكة كمية فقط إلى المرسل إليه الذي يحتوي على فوتون متشابك بشكل صحيح ، مما سيسمح له بتلقي هذه الرسالة وقراءتها.

ألبرت أينشتاين دعا مرة الكمالتشابك من خلال "عمل بعيد المدى فظيع" ، ولكن هذا العمل بعيد المدى هو عنصر أساسي بسبب كل شيء يعمل. ويوم واحد يمكن أن يصبح سائق اتصالنا الآمن في المستقبل.