دانشمندان چالش ۲۰ ساله خالص‌بودن هم‌آمیزی کوانتومی را حل کردند
دانشمندان موفق شدند مکانیسم دقیق حفظ خالصی هم‌آمیزی کوانتومی (Quantum Entanglement Purity) را کشف کنند. هم‌آمیزی کوانتومی پدیده‌ای است که در آن ذرات با یکدیگر درهم تنیده می‌شوند و تغییر حالت یکی به طور فوری بر ذره دیگر تأثیر می‌گذارد، حتی اگر فاصله زیادی از هم جداشان کند. این مسئله ۲۰ ساله، چالش اصلی در توسعه کامپیوتر‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر و شبکه‌های امنیتی ناچیز‌النفوذ بوده است. حل آن می‌تواند منجر به پیشرفت‌های عظیمی در زمینه‌هایی مانند ارتباطات کوانتومی و محاسبات فوق‌العاده سریع شود.
هم‌آمیزی کوانتومی، نیروی جادویی عصر دیجیتال جدید
هم‌آمیزی کوانتومی پدیده‌ای است که در آن دو ذره حتی در فواصل بی‌نهایت به هم «گره خورده» می‌شوند. تغییر وضعیت یکی، فورا بر ذره دیگر تاثیر می‌گذارد، چیزی که انیشتین آن را «عمل جادویی از فاصله دور» نامید. این پدیده پایه کامپیوتر‌های کوانتومی و شبکه‌های امنیتی «ناممکن‌النفوذ» است. اما مشکلی که وجود دارد این است که در آزمایشگاه‌ها، هم‌آمیزی‌های تولیدشده همیشه خالص نیستند. نویز (سیگنال‌های اضافی) باعث ضعیف‌شدن این پیوند می‌شود.
چالش تصفیه هم‌آمیزی یا «تقطیر»
برای غلبه بر این مشکل، دانشمندان از فرایند تقطیر هم‌آمیزی (Entanglement Distillation) استفاده می‌کنند. این روش چندین جفت هم‌آمیزی «کثیف» را می‌گیرد و آنها را به تعداد کمتری، اما با کیفیت بالاتر تبدیل می‌کند.
اما سوال اصلی همیشه این بوده است. چه سرعتی برای تصفیه این هم‌آمیزی‌ها می‌توان دست‌یافت؟
تاکنون، محاسبه این سرعت فقط در موارد خاص ممکن بود. این محدودیت باعث شده بود درک ما از هم‌آمیزی کوانتومی ناقص باقی بماند.
شکستن مرز‌های ریاضی
در این تحقیق جدید، بارتوش رگولا از مرکز کوانتومی ریکن و لودوویکو لامی از دانشگاه آمستردام موفق شدند یک فرمول ریاضی دقیق برای سرعت تقطیر هم‌آمیزی در شرایط کلی‌تر ارائه دهند. این دومین بار در تاریخ است که چنین فرمولی به دست می‌آید.این دستاورد نه تنها سوالی ۲۰ ساله را حل کرد، بلکه نظریه‌های قبلی (که اشتباهات ریاضی داشتند) را اصلاح کرد.
بارتوش رگولا در این باره گفت: «ما انتظار داشتیم رابطه‌ای بین تقطیر و آنتروپی نسبی وجود داشته باشد، اما یافتن یک فرمول دقیق شوکه‌کننده بود.»
نظریه‌ای که تجربه را پیش می‌رود
اگرچه این فرمول یک دستاورد بزرگ نظری است، اما آزمایش عملی آن به دلیل محدودیت‌های فناوری هنوز دور از دسترس است. رگولا توضیح داد: «برای آزمایش این سرعت‌ها، باید هزاران سیستم کوانتومی را همزمان کنترل کنیم، اما امروزه دانشمندان در کنترل ده‌ها یا صدت‌ها کیوبیت دچار مشکل هستند.»
به گزارش scitechdaily، این یعنی نظریه در حال حاضر چندین قدم جلوتر از تجربه است.
از نظریه به کاربرد
اگرچه این دستاورد مستقیما به توسعه کامپیوتر‌های کوانتومی نزدیک نیست، اما اساس ریاضی را برای ارتباطات امن بدون هک، شبکه‌های کوانتومی جهانی، کامپیوتر‌هایی با قدرت محاسباتی فراموش‌شده فراهم کرده است.
این تحقیق نشان می‌دهد که حتی در حوزه‌هایی که به نظر می‌رسد محدودیت‌های فناوری آنها را متوقف کرده، نظریه‌های عمیق ریاضی می‌توانند پنجره‌های جدیدی به سوی آینده باز کنند.
انتهای پیام/
