ثبت رکوردها جدید برای ارتباط نوری کوانتومی

مخابرات کوانتومی گزینه ای برای انتقال امن اطلاعات به شمار می آید. مهمترین قسمت مخابرات کوانتومی بین مسافتهای طولانی پدیده ای خاص است که به درهم‌تنیدگی (entanglement) کوانتومی بین دو سیستم اتمی معروف است. درهم‌تنیدگی کوانتومی بین دو سیستم اتمی بسیارضعیف است و تا کنون محققان توانسته اند که این درهم‌تنیدگی را تا کسری از ثانیه حفظ کنند. اما به تازگی در آزمایشهایی که در انیستیتو نیلز بور (Niels Bohr Institute) انجام شده است˛ محققان موفق شده اند رکورد جدیدی را به ثبت برسانند و درهم‌تنیدگی کوانتومی را تا بیش از یک ساعت حفظ کرده اند. نتایج این تحقیقات در مجله علمی(Physical Review Letters) به چاپ رسیده است.

درهم‌تنیدگی کوانتومی پدیده ای بسیار عجیب در کوانتوم مکانیک به شکار می آید به گونه ای که آلبرت انیشتین آن را "spukhafte Fernwirkung " (به معنی پدیده ای شبحوار) نامیده است.

برای دو سیستم کاملا مستقل که به طور کوانتومی درهمتنیده اند  یک نوع ارتباط شبح وار وجود دارد حتی در شرایطی که  این دو سیستم در فاصله بسیار دوری از هم قرار گرفته باشند و هیچ نوع ارتباط مستقیمی بین آنها بر قرار نباشد. در این صورت می گویند که این دو سیستم در حالت های کوانتومی درهم‌تنیده قرار گرفته اند و این به معنی آن است که اگر اطلاعات یک سیستم را بخوانیم سیتم دیگر معین می شود. در آزمایش هایی که در انیستیتو نیلز بور انجام شده اسپین اتمهای دو ابر گازی سزیم  درهم‌تنیده‌ی کوانتومی هستند.

کنترل فرآیند خودبه خود

برای ایجاد حالت درهم‌تنیده برای دو ابر اتمی˛ محققان از نور استفاده می کنند. نور از فوتون ها تشکیل شده است که کوچکترین اجزای (کوانتای) یک پالس نور هستند. وقتی شما یک پرتو لیزر را بر اتم ها می تابانید، فوتون ها جذب شده و طی فرآیند کاملا خودانگیز بازتاب می شوند. این فرآیند خود به خودی یک مانع برای این آزمایش به حساب می آید چون قابل کنترل نیست.

اوگن پولزیک( Eugene Polzik)پروفسور و مدیر بنیاد ملی تحقیقات کوانتاپ (Quantop) در انیستیتو نیلز بور واقع در دانشگاه کوپنهاگ توضیح می دهد: "در حال حاضر ما این فرآیند خود به خود را کنترل کرده و از آن استفاده می کنیم."

حفظ درهم‌تنیدگی

در آزمایشگاه کوانتاپ گروه تحقیقاتی به کمک دو ابر از اتم های سزیم در دو محفظه شیشه ای جدا آزمایش هایی را در مورد درهم‌تنیدگی کوانتومی انجام داده اند. با تاباندن نور لیزر بر هر دو ابر اتمی اسپین های اتم ها را کنترل کرده دو ابر اتمی درهم‌تنیده می شوند که بدان معنی است که ویژگی های آنها به هم وابسته می شوند. اما اتم ها، فوتون ها را در تمام جهت ها ساطع می کنند و این منجر به از بین رفتن درهم‌تنیدگی می شود. این اتفاق معمولا در کسری از ثانیه رخ می دهد.

هانا کراتر (Hanna Krauter) یکی از محققان کوانتاپ در انیستیتو نیلز بور توضیح می دهد: "کاری که ما انجام داده ایم گسترش تکنیکی است که به کمک آن بتوانیم به همان سرعت که درهم‌تنیدگی از بین می رود دوباره آن را تجدید کنیم. با این روش می توان درهم‌تنیدگی کوانتومی بین دو ابر اتمی را تا زمانی که آزمایش به طول می انجامد حفظ کرد یعنی تا بیش از یک ساعت."

از نظریه تا واقعیت

تحقیقاتی با همکاری مرکز اپتیک کوانتومی انیستیتو ماکس پلانک در آلمان انجام شده است که بر روی مدل های نظری کار می کند. فیزیکدانان نظری در حدود پنج سال است که تکنیک های مشابه ای را پیشنهاد کرده اند اما به تازگی گروه NBI موفق شدند به صورت تجربی آزمایش هایی بر مبنای این روش را عملی کنند.

پروفسور ایگن پولزیک ( Eugene Polzik) اینگونه توضیح می دهد: " این پیشرفت پتانسیل و نتایج مفیدی را به دنبال دارد از طرفی یک رویکرد جدید برای مخابرات کوانتومی به شمار می آید. این موضوع قدمی است به سمت عملی ساختن مخابرات کوانتومی نه تنها در آزمایشگاه بلکه در دنیای واقعی ارتباطات. به علاوه به معنای پیشرفتی در اندازه گیری میدان های مغناطیسی ناچیز به وسیله  مغناطیس سنج های اتمی می باشد. مغناطیس سنج حساس برای اندازه گیری فعالیت الکتریکی در مغز و قلب انسان استفاده می شود."