ارتعاشات ناخواسته، نقاط کوانتومی را برای برقراری ارتباط امن تقویت می کنند
انجمن پارسیان: انجمن پارسیان: بررسی جدید محققان آلمانی نشان میدهد 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 انجمن پارسیان به نقل از ایسنا، محققان «دانشگاه بایروت»(University of Bayreuth) در بررسی جدید خود نشان داده اند که بروز ارتعاشات در مواد جامد موسوم به «فونون ها»(Phonons) ممکنست عملکرد ساختارهای کوچکی به نام نقاط کوانتومی را به عنوان منابع تک فوتونی افزایش دهد و باتوجه به اینکه فونون ها بطور معمول به عنوان 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 خاصیت موسوم به «انسجام تعداد فوتون» را بهبود ببخشند که بر چگونگی حفظ رفتار کوانتومی ظریف یک سیستم کوانتومی تأثیر می گذارد. «پل هاگن»(Paul Hagen) از محققان این پروژه اظهار داشت: این معیار نشان میدهد که فوتون گسیل شده چقدر کوانتومی است.
این کشف خصوصاً 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 همانطور که متوجه شدیم، انسجام تعداد فوتون نوری تولیدشده توسط آنها را می توان با انتخاب پارامترهای مختلف 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 عرصه هایی مانند امنیت سایبری، کشف دارو، علم مواد و ناوبری ایجاد کنند.
در این بین، ارتباطات کوانتومی به سبب توانایی خود در فعال کردن انتقال فوق امن داده با بهره گیری از اصول مکانیک کوانتومی مانند توزیع کلید کوانتومی، متمایز هستند. با این وجود، عملکرد مناسب آنها به شدت به در دسترس بودن منابع تک فوتونی قابل اعتماد بستگی دارد.
فوتون ها اطلاعات را بصورت 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 بطور هم زمان وجود داشته باشند و رمزگذاری داده ها را پیچیده تر و امن تر کنند.
توانایی منبع برای انتشار دقیقا یک فوتون در یک زمان برای اطمینان از انتقال ایمن پیام بسیار اهمیت دارد. بر طبق مکانیک کوانتومی، اندازه گیری وضعیت یک سیستم به ناچار آنرا تغییر می دهد. بنابراین، اگر فقط یک فوتون گسیل شود، نمی توان آنرا بصورت پنهان اندازه گیری نمود.
با این وجود، اگر چندین فوتون حامل اطلاعات یکسان بطور تصادفی ساطع شوند، فقط می تواند یکی از آنها را رهگیری کند، برای اینکه این فوتون های اضافی به یک شکل به هم متصل نیستند. سپس، این فوتون های بی تأثیر بدون هیچ نشانه ای از دستکاری به طرف گیرنده می رسند و اجازه می دهند که امنیت حفظ شود.
روی آوردن به نقاط کوانتومی به عنوان منابع تک فوتونی
یافتن یک منبع تک فوتونی قابل اعتماد، چالش برانگیز است. یکی از گزینه های تولید آنها که توسط جامعه علمی مورد بررسی قرار گرفته، بوسیله لیزر بوده است اما چنین روش هایی با محدودیت های قابل توجهی همراه هستند. به عنوان مثال، برای ممانعت از انتشار چند فوتون، لیزر باید با شدت خیلی کم کار کند و این امر، سرعت انتقال اطلاعات را به شدت می کاهد.
این چالش ها محققان را به کشف منابع جایگزین تک فوتونی سوق داده اند که در آنها نقاط کوانتومی به عنوان یکی از امیدوارکننده ترین گزینه ها ظاهر می شوند. این مواد نیمه رسانا که اندازه آنها تنها چند نانومتر است، به سبب مقیاس کوچک خود خاصیت 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 دقیقا یک فوتون را در یک زمان ساطع کنند.
نقاط کوانتومی به سبب تعامل با محیط اطراف خصوصاً ارتعاشات شبکه کریستالی، مدت هاست که به عنوان 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 تأثیر بگذارند و کنترل زمان، طول موج و تعداد فوتون های ساطع شده را مختل کنند که برای گسیل تک فوتونی قابل اطمینان بسیار اهمیت دارد.
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 درباره ی تعامل فونون ها با نقاط کوانتومی و تأثیر آنها بر خاصیت های فوتون ساطع شده انجام دادند.
محققان، تعاملات پیچیده بین نقاط کوانتومی و فونون ها را مورد بررسی قرار دادند و چگونگی تأثیر آنها را بر خاصیت فوتون های ساطع شده ارزیابی کردند. آنها در کمال تعجب دریافتند که تحت وضعیت خاصی مانند شدت مناسب لیزر محرک، فونون ها می توانند انسجام تعداد فوتون را در نقطه کوانتومی بالا برند. انسجام تعداد فوتون، یک خاصیت کلیدی است که بر چگونگی حفظ رفتار کوانتومی نور ساطع شده تأثیر می گذارد.
محققان برای رسیدن به این هدف، بر روش های عددی پیشرفته تکیه کردند و حتی الگوریتم ریاضی خودرا توسعه دادند. تکمیل این پروسه بالاتر از یک دهه طول کشید.
بااینکه 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 فقط مقدمات آنرا فراهم آورده 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 نیز بهبود می بخشند تا این پروسه برای کاربردهای خاص، دقیق تر و قابل اطمینان تر شود.
این پژوهش در مجله «Advanced Quantum Technologies» به چاپ رسید.
منبع: parsianforum.ir
این پست را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این پست