ارتباطات کوانتمی نوری: تحولی نوین در مخابرات

محققان سپس فرضیه ای را برای توصیف دلیل برهم¬کنش فوتونها در اولین نقطه ارائه دادند، مدل آنها با استفاده از اصول فیزیک بود: مادامی که فوتونها از میان ابر اتمهای روبیدیم حرکت می کنند و به محض اینکه به اتمی نزدیک می شوند، قبل از اینکه به سمت اتم دیگر رود، انجا فرود می¬آیند تا زمانی که به آخرین اتم برسد (همانند زنبوری که به گلها می رسد) در این راستا اگر فوتون دیگری به این اتم برسد، آن هم می تواند زمانی را نزدیک آن اتم سپری کند و یک پلاریتون (سیستمی که بخشی اتم و بخشی فوتون است) شکل گیرد. شایان ذکر است دو پلاریتون می توانند از طریق اتمهایشان باهم برکنش نمایند. در آخر ابر روبیدیم، اتمها سرجایشان باقی می مانند و فوتونها خارج می شوند در حالیکه هنوز به هم مقیدند. محققان یافتند که همین پدیده در خصوص سه فوتونی هم صدق می کند و حتی بیشتر به هم مقیدند. ولتیک می گوید: در این خصوص موضوعی جالب این است که این نوع فوتونهای سه گانه ابداً تشکیل نمی شدند و همچنین در مقایسه با دو فوتونیها مقدار مقید بودن آنها به هم،(کمتر، بیشتر و یا معادل) نشناخته مانده بود.
در این ارتباط آنها یافتند که کل برهمکنش در یک میلیونیم ثانیه اتفاق می افتد و همین برهمکنش است که سبب مقید بودن فوتونها به یکدیگر، حتی پس از ترک کردن ابر اتمی، می¬شود. کانتو معتقد است: وقتی فوتونها وارد محیط می¬شوند و در محیط اتفاقی رخ می دهد ، در هنگامی که خارج می¬شوند، در حافظه آنها می¬ماند.
معنی آن این است که فوتونهایی که با هم بر¬هم کنش می¬کنند می¬توانند همانند یک ارتباط خیلی قوی یا درهم¬تنیدگی که خاصیت کلیدی برای بیت محاسبات کوانتومی است، تصور شوند. ولتیک می¬گوید: فوتونها می توانند خیلی سریع در فواصل طولانی حرکت کنند و بنابراین برای انتقال اطلاعات مثلاً در فیبر می¬تواند استفاده شود، حال اگر فوتونها بتوانند بر هم تأثیر بگذارند و بتوان این فوتونها را در همتنیده کرد سپس می¬توان با استفاده از روشی جدید و جالب، برای توزیع اطلاعات هم آنها را بکار برد.
این گروه در تلاش هستند تا بتوانند انواع دیگر برهمکنش فوتونها همانند دافعه که در آن فوتونها همانند توپ بیلیارد پراکنده می¬¬شوند را مطالعه نمایند. ولتیک در این راستا می¬گوید نمی¬دانیم چه چیزی در انتظارمان است و این حس کاملاً جدیدی است. آیا با دافعه فوتونها می توانیم الگوهای منظمی همانند بلورها داشته باشیم و یا اینکه موارد دیگری در انتظارمان است.

منبع:
http://news.mit.edu/2018/physicists-create-new-form-light-0215 http://science.sciencemag.org/content/359/6377/783

ابزار تمرینی OpenFermion برای کدنویسی در کامپیوتر کوانتومی

در یک حرکت جهانی، محققان در حال کار روی کامپیوترهای کوانتومی هستند. در همین حین، آن ها باید بیاموزند که چگونه برای این دستگاه ها – که از اساس متفاوت با دستگاه های معمول هستند – کدنویسی انجام دهند. گروهی از دانشمندان، شامل تعدادی فیزیکدان از دانشگاه لیدن و تی یو دلفت، به رهبری گوگل ابزاری تمرینی برای شیمیدان ها توسعه داده اند که OpenFermion خوانده می شود.

شرکت ها و دانشگاه ها در سرتاسر جهان سخت روی توسعه ی یک کامپیوتر کوانتومی کار می کنند. به جای مجموعه ای از بیت های مرسوم – که هر کدام می توانند دو مقدار بگیرند – یک کامپیوتر کوانتومی مجموعه ای از کیوبیت (کوانتوم بیت) های متصل به هم است که در هم تنیده می شوند تا دسته ی بسیار بزرگتری از اطلاعات را پردازش کنند. با اضافه شدن هر کیوبیت اضافی به یک کامپیوتر کوانتومی، قدرت آن دو برابر می شود. این رشد نمایی حتی یک کامپیوتر کوانتومی نسبتا کوچک را هم قادر می سازد مسائلی را حل کند که برای کامپیوترهای مرسوم غیر قابل حل هستند. البته چنین پیشرفتی تنها در مسائل خاصی اتفاق می افتد؛ از قبیل رمزگشایی، مدل سازی مولکولی برای پزشکی یا طراحی کاتالیست های جدید برای مصرف سوخت پاک تر.

نرم افزار:

برای استفاده واقعی از کامپیوترهای کوانتومی، به نرم افزار هم احتیاج داریم. و در حالی که اکثر دانشمندان می دانند که چگونه در کامپیوترهای مرسوم کد بنویسند، در صحنه ی کدنویسی کوانتومی کاملا تازه وارد هستند. برای آن که جامعه ی علمی به آرامی به این سمت حرکت کند، قبلا ابزارهایی مثل Project Q، quantumsim، qHiPSTER، QISKIT، Q# و Liquid طراحی شده اند تا دانشمندان کدنویسی روی شبیه سازهای کامپیوتر کوانتومی یا دستگاه های واقعی کوچک را تمرین کنند.

ابزار جدید:

گروهی از دانشمندان به رهبری گوگل و شامل دانشجویان دکترا تام او برایان و مارک استودتنر از گروه پروفسور کارلو بیناکر و گروه پروفسور استفانی ورنر ابزار نرم افزاری جدیدی را، بطور خاص برای انجام تحقیقات شیمی، راه اندازی کرده اند: OpenFermion. این ابزار از یک طرف به شیمیدان ها کمک می کند تا کدی کوانتومی برای شبیه سازی شیمی پیچیده (مثل دارو یا مولکول های کاتالیست جدید) بنویسند و از طرف دیگر به متخصصان کدنویسی کمک می کند تا روی یک مساله ی شیمی کار کنند بدون آن که پیش زمینه ای از آن رشته داشته باشند.


اسامی و واژه ها:

ابزار تمرینی: practice tool

دانشگاه لیدن: Leiden University

تی یو دلفت: TU Delft

رشد نمایی: exponential increase

تام او برایان: Tom O'Brien

مارک استودتنر: Mark Steudtner

کارلو بیناکر: Carlo Beenakker

استفانی ورنر: Stephanie Wehner


لینک خبر:
https://phys.org/news/2018-03-openfermion-tool-quantum-coding.html

قطعه‌ای کلیدی برای انجام محاسبات کوانتومی بیشتر (2017)

تیمی در دانشگاه سیدنی و مایکروسافت با همکاری دانشگاه استنفورد امریکا قطعه‌ای را مینیاتوری کردند که برای افزایش حجم محاسبات کوانتومی ممکن ضروری است. این کار اولین استفاده ی عملی از فاز جدیدی از ماده است که عایق های توپولوژیک خوانده می شود و در سال ۲۰۰۶ کشف شد.

متفاوت با فازهای آشنای ماده (جامد، مایع و گاز)، عایق‌ های توپولوژیک موادی هستند که در ساختارهای توده‌ای شان بصورت عایق عمل می کنند اما سطوحی دارند که رسانایند. دستکاری این مواد راهی برای ساخت مدارهای لازم برای ایجاد برهم‌کنش بین سیستم‌های کلاسیک و کوانتومی فراهم می آورد – وجود چنین برهم کنشی برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی حیاتی است.

کار تئوری‌ای که پایه‌ی کشف این فاز جدید ماده را گذاشت، جایزه ی نوبل فیزیک ۲۰۱۶ را برده است.

قطعه ی تیم سیدنی یک سرکولیتر مایکروویو است که همچون یک حلقه ی ترافیکی عمل می کند. این قطعه تضمین می کند که سیگنال الکتریکی فقط در یک جهت منتشر خواهد شد – ساعتگرد یا پادساعتگرد، بسته به آنچه مورد نیاز است. قطعات مشابهی در پایگاه‌های پایه ی تلفن موبایل و سیستم های رادار یافت می شوند و در تعداد زیاد در ساخت کامپیوترهای کوانتومی مورد نیاز خواهد بود. تا به امروز، محدودیت اصلی، حجیم بودن این قطعات بوده است – هر کدام ابعاد دست شما را دارند.

این اختراع، که توسط تیم سیدنی در ژورنال نیچر کامیونیکیشنز گزارش شده است، کوچک سازی ۱۰۰۰ برابری سرکیولیتر متداول را نشان می دهد. این امر با بهره‌گیری از خواص عایق های توپولوژیک برای کند کردن نور در ماده محقق شده است. کوچک سازی انجام شده راه را برای مجتمع سازی تعداد زیادی سرکیولیتور روی یک تراشه و ساخت آن ها در تعداد زیاد (که برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی مورد نیاز خواهد بود) هموار کرده است.

رهبر تیم سیدنی، پروفسور دیوید ریلی، توضیح داد که تلاش ها برای افزایش حجم محاسبات کوانتومی در حال ایجاد پیشرفت های شگرفی در حوزه های مرتبط الکترونیک و علم نانو است.

پروفسور ریلی گفت: « مساله فقط کیوبیت ها (که اجزای اساسی تشکیل دهنده ی ماشین های کوانتومی هستند) نیستند. ساخت یک کامپیوتر کوانتومی بزرگ مقیاس همچنین به انقلابی در محاسبات کلاسیک و مهندسی دستگاه نیاز خواهد داشت. »

« حتی اگر امروز میلیون ها کیوبیت داشتیم، روشن نیست که آیا تکنولوژی کلاسیک کنترل آن ها را داشتیم یا نه. ساخت یک کامپیوتر کوانتومی بزرگ مقیاس به اختراع تجهیزات و تکنیک های جدید در رابط کلاسیک-کوانتوم نیاز دارد. »

نویسنده ارشد و کاندید پی اچ دی، آلیس ماهونی، گفت: « چنین سرکیولیتورهای فشرده ای می تواند در پلت فرم های سخت افزاری کوانتومی متنوعی، بی توجه به نوع خاص آن سیستم کوانتومی، تعبیه شوند. »

هنوز چند سالی تا یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی فاصله داریم. دانشمندان انتظار دارند قادر به انجام محاسباتی با کامپیوترهای کوانتومی باشند که در حال حاضر ممکن نیست. این محاسبات کاربردهایی در زمینه های مختلفی چون شیمی، طراحی دارو، مدل سازی اقلیمی و اقتصادی و رمزنگاری خواهند داشت.

اسامی و واژه ها:
عایق های توپولوژیک: topological insulators
سرکولیتر: circulator
نیچر کامیونیکیشنز: Nature Communications
دیوید ریلی: David Reilly
مهندسی دستگاه: device engineering
آلیس ماهونی: Alice Mahoney

لینک خبر:https://m.phys.org/news/2017-11-key-component-scale-quantum.html

برای اولین بار LEDهای در هم تنیده در طول موج مخابراتی کار می کنند (2018)
محققان اولین دیود نوری (LED) کوانتومی را ارائه دادند که قادر است تک فوتون و زوج درهم تنیده در طول موج حدود 1550 نانومتر (پنجره استاندارد مخابراتی) گسیل کند. انتظار می رود، منابع تک فوتونی که در این طول موج کار می کنند به عنوان عنصر کلیدی در شبکه های کوانتومی آینده، سیستم¬های ارتباطات کوانتومی بلند برد، ابزارهای رمزنگاری کوانتومی و سایر کاربردها به کار گرفته شوند.
محققان، تینا مولر و همکاران، از Toshiba Research Europe Limited، دانشگاه شفیلد و دانشگاه کمبریج، مقاله ای در مورد منبع نور کوانتومی جدید در شماره اخیر Nature Communications منتشر کرده اند.
مولر می گوید: " برای اولین بار، دستگاه های کوانتومی می تواند نیازهای اساسی توزیع کلید های کوانتومی و سیستم های ارتباطی کوانتومی را برآورده کند."

توانایی انتشار تک فوتون ها و جفت فوتون درهمتنیده در پنجره مخابراتی، یک هدف در زمینه اپتیک کوانتومی بوده است. اگرچه انواع مختلفی از منابع نور وجود دارد که می توانند تک فوتون و فوتون درهم تنیده را منتشر کند (از اتم های مجزا گرفته تا مراکز رنگی در الماس)، اما تا کنون آنها تا حد زیادی به طول موج های کوتاه تر محدود می¬شوندکه برای برنامه های کاربردی کوانتومی مناسب نیستند.
در تحقیقات جدید، محققان ابزارهای گسیلنده نور نقاط کوانتومی مبتنی بر فسفید ایندیوم تولید کردند. فسفید ایندیوم در حال حاضر در لیزرهای نقاط کوانتومی برای تولید نور لیزر با طول موج 1550 نانومتر استفاده می شود. به منظور وادار کردن این ماده برای گسیل تک فوتون و زوج های درهم تنیده در این طول موج، محققان از روش رشد به نام metalorganic vapor phase epitaxy برای رشد نقاط کوانتومی مجزای فسفید ایندیوم استفاده کردند که پایه LEDهای کوانتومی را تشکیل می دهد.
یکی دیگر از مزیت های LED های کوانتومی جدید این است که آنها می توانند در دمای تا 93 کلوین عمل کنند که به طور قابل توجهی بالاتر از دمای کار دیگر منابع نور کوانتومی است. دمای کار بالاتر امکان یکپارچه سازی ساده تر آنها را با دستگاه های موجود فراهم می کند و محققان انتظار دارند که دمای کار دستگاه های جدید حتی با تغییراتی نیز بهبود یابد.
محققان پیش بینی می کنند که LED های کوانتومی جدید تاثیر قابل توجهی در توسعه فناوری شبکه های کوانتومی، از جمله اینترنت کوانتومی خواهند گذاشت. به عنوان مثال، این دستگاه ها می توانند با رله های کوانتومی و تکرار کننده ها به منظور گسترش دامنه شبکه های کوانتومی، تجمیع شوند. محققان همچنین انتظار دارند که منابع نور کوانتومی در صورتی که با یک الکترونیک فرکانس رادیویی تجمیع شوند، بتوانند در مود پالسی کار کنند.

مولر می گوید: "ما عملکرد و اندازه دستگاه هایمان را برای تسهیل فرایند یکپارچه سازی در سیستم های ارتباطی کوانتومی بلند برد بهینه سازی خواهیم کرد."
مرجع خبر:
https://phys.org/news/2018-03-entangled-telecom-window.html

موضوع خوش بینانه این است که روش های رمزنگاری قابل ارتقا هستند. با معرفی الگوریتم های جدید مقاوم در برابر کوانتوم می توان روش های رمزنگاری را قبل از اینکه خیلی دیر شود برای ایجاد امنیت به روز رسانی کرد.
چنین الگوریتم هایی وجود دارد و در حال حاضر در حال توسعه هستند. از جمله رمزنگاری متقارن که در آن محاسبات کوانتومی با استفاده از الگوریتم گرور تنها می تواند به صورت ناچیز سرعت فرایند را افزایش دهد، بر خلاف تاثیر چشمگیر الگوریتم شور در طرح های نامتقارن. تحقیقات بر روی طرح های نامتقارن نیز هم چنان ادامه دارد. زمینه های تحقیقاتی مورد توجه در این خصوص عبارتند از سیستم های رمزنگاری مبتنی بر شبکه، مبتنی بر کد و چند متغییره.
بعضی مطالعات اخیر برآورد کرده اند که 10 سال برای بدست آوردن قدرت شکستن امنیت بیت کوین طول خواهد کشید. اما کسی واقعا نمی داند که چه اتفاقی خواهد افتاد.
این مساله معضل نوآوری های کلاسیک در مواجهه با فناوری های نوظهور را به ارمغان می آورد. اقدام خیلی زود می تواند به معنای ریسک سرمایه گذاری بر روی راه حل هایی باشد که در نهایت ممکن است پذیرفته نشود. اقدام بسیار دیر می تواند به معنای افشای دارایی های ارزشمندی باشد که اکنون توسط زنجیره بلوک حفاظت می شود. بنابراین هم اکنون در آستانه ورود به عصر اجتناب ناپذیر کامپیوترهای کوانتومی قدرتمند، صنعت زنجیره بلوک باید مدیریت استراتژی عدم قطعیت را آغاز کند.
منبع خبر:
https://www.blockchaintechnews.com/blogs/how-quantum-computing-will-break-blockchain-and-what-to-do-about-it/

فیزیکدانان رکوردی جدید با درهم‌تنیدگی 10 کیوبیتی ثبت کردند
فیزیکدانان موفق به ایجاد درهم‌تنیدگی میان 10 کیوبیت در مدار ابررسانایی شدند که بالاتر از رکورد قبلی 9 کیوبیت درهم‌تنیده ابررسانا است. حالت ده کیوبیتی، بزرگترین حالت درهم‌تنیده‌ی چند کیوبیتی ایجاد شده در هر سیستم حالت جامد است و نشان دهنده یک گام به سمت تحقق محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ است.
جیان وی پان، پژوهشگر ارشد و همکارانش در دانشگاه علم و فناوری چین، دانشگاه ژجیانگ، دانشگاه فوجیو و موسسه فیزیک چین، نتایج تحقیق خود را در ژورنال Physical Review Letters، منتشر کرده اند.
به طور کلی، یکی از بزرگترین چالش ها به منظور افزایش مقیاس درهم‌تنیدگی‌های چند کیوبیتی، رفع عواقب فاجعه آمیز ناهمدوسی است. یکی از استراتژی ها استفاده از مدارهای ابررسانایی است که در دمای بسیار سرد عمل می کنند و در نتیجه، زمان همدوسی کیوبیتی بیشتری دارند.
در چیدمان آزمایشگاهی جدید، محققان از کیوبیتهای ساخته شده از قطعات کوچک آلومینیوم که به یکدیگر وصل شده‌اند و در آرایه‌ای دایره‌ای شکل حول رزوناتور اتوبوسی قرار دارند استفاده شده است. المان اتوبوسی قرار گرفته در مرکز این دایره نقشی کلیدی در سیستم بازی می‌کند و با کنترل برهمکنش میان کیوبیت‌ها به تولید درهم‌تنیدگی می‌پردازد.
در اینجا برخلاف کارهای قبل درهم‌تنیدگی نیازی به مجموعه‌ای از گیت‌های منطقی ندارد و همه ده کیوبیت را می‌توان توسط یک برهمکنش جمعی درهم‌تنیده کرد.
محققان با استفاده از توموگرافی کوانتومی همه حالات ممکن سیستم را تعیین می‌کنند و به این طریق از میزان درهم‌تنیده شدن کیوبیت‌ها آگاهی می‌یابند. اگرچه هزاران حالت اینچنینی وجود دارد، توزیع احتمالی نشان دهنده‌ی این است که 67 درصد از زمان حالت صحیح ایجاد شده است. این شباهت بسیار بالاتر از آستانه‌ی درهم‌تنیدگی چند‌بخشی واقعی است (معمولا حدود 50 درصد در نظر گرفته می‌شود).
در آینده، هدف فیزیکدانان توسعه یک شبیه ساز کوانتومی است که می تواند رفتار مولکول های کوچک و دیگر سیستم های کوانتومی را شبیه سازی کند، که این امر می تواند برای تجزیه و تحلیل کارآمدتری از این سیستم ها نسبت به آنچه که با کامپیوتر های کلاسیک امکان پذیر است، امکان پذیر باشد.
مرجع خبر:
https://phys.org/news/2017-11-physicists-qubit-entanglement.html
مرجع مقاله:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.180511

مسابقه‌ی کوانتومی، توسعه‌ی تراشه‌های کوانتومیِ سیلیکونی را شتاب بخشیده است.
دانشمندان نشان داده‌اند که در یک تراشه‌ی کوانتومیِ سیلیکونی، اطلاعات کوانتومیِ یک اسپین الکترون می‌تواند به یک فوتون منتقل شود. اهمیت این موضوع بدان لحاظ است که می‌توان از این طریق بیت‌های کوانتومی را در یک تراشه به هم متصل کرد و تراشه‌هایی با تعداد زیادی کیوبیت درست کرد.
مسابقه‌ی جهانی برای ساخت پردازنده‌هایِ کوانتومیِ بیشتر، بهتر و قابل اعتماد‌تر، روز به روز جدی‌تر می‌شود. دانشمندان تیم TU Delft که توسط پرفسور Vandersypen رهبری می‌شوند، در یک رقابت تنگاتنگ با رقیب‌هایشان نشان دادند که در یک تراشه‌ی کوانتومیِ سیلیکونی، اطلاعات کوانتومیِ یک اسپین الکترون می‌تواند به یک فوتون منتقل شود. اهمیت این موضوع بدان لحاظ است که می‌توان از این طریق بیت‌های کوانتومی را در یک تراشه به هم متصل کرد و تراشه‌هایی با تعداد زیادی کیوبیت درست کرد. کار این گروه تحقیقاتی در مجله‌ی Science چاپ شده است.
در آینده کامپیوتر‌های کوانتومی قادر خواهند بود محاسباتی را انجام دهند که بسیار فراتر از ظرفیت کامپیوتر‌های کلاسیک کنونی است. برهم‌نهی کوانتومی و در‌هم‌تنیدگی بیت‌های کوانتومی (کیوبیت)، انجام محاسبات موازی را امکان‌پذیر می‌کند. دانشمندان و شرکت‌ها در سراسر جهان در تلاش هستند که تراشه‌های کوانتومی بهتر با تعداد کیوبیت‌های بیشتر، بسازند. شرکت QuTech در شهر دلفت در کشور هلند به سختی برای ساختن تراشه‌های کوانتومی تلاش می‌کند.
مواد آشنا
هسته‌ی تراشه‌های کوانتومی از سیلیکون ساخته شده است. پرفسور Lieven Vandersypen از شرکت QuTech و موسسه‌ی Kavli در علوم نانو در دلفت، توضیح می‌دهد که «سیلیکون ماده‌ای است که ما بسیار با آن آشنا هستیم. سیلیکون به وفور در ترانزیستور‌ها استفاده می‌شود و لذا می‌توان آن را در هر قطعه‌ی الکترونیکی پیدا کرد». سیلیکون همچنین ماده‌ای بسیار امید بخش برای تکنولوژی کوانتومی است. Guoji Zheng، دانشجوی دکتری در این زمینه می‌گوید: «ما می‌توانیم با استفاده از میدان‌های الکتریکی، تک الکترون‌ها در سیلیکون را به دام بیندازیم و به عنوان کیوبیت از آن‌ها استفاده کنیم. این یک ماده‌ی جذاب است، چرا که مطمینیم اطلاعات در این کیوبیت می‌تواند برای مدت طولانی ذخیره شود».
سیستم‌های بزرگ
برای این که بتوان محاسبات مفید انجام داد، به تعداد زیادی کیوبیت احتیاج است. این ارتقا به تعداد زیاد، همان چیزی است که یک چالش بزرگ برای تلاش در سراسر جهان ایجاد کرده است. Nodar Samkharadze که یک پژوهشگر در این زمینه است توضیح می‌دهد: «برای استفاده‌ی همزمان از تعداد زیادی کیوبیت، لازم است که آن‌ها به هم متصل باشند، و این‌جاست که لازم است ارتباطات خوبی بین آن‌ها برقرار باشد». در حال حاضر الکترون‌هایی که در سیلیکون به عنوان کیوبیت به دام انداخته می‌شوند، فقط می‌توانند به کیوبیت کناری‌شان ارتباط مستقیم داشته باشند. Nodar می‌گوید: «این همان چیزی است که کار مقیاس کردن به تعداد زیادی کیوبیت را، به یک کار حرفه‌ای تبدیل می‌کند».
مسابقه‌ی پا به پا
سیستم‌های کوانتومی دیگر، از فوتون‌ها برای برهمکنش‌های دور-برد استفاده می‌کنند. سالهای زیادی تلاش‌های زیادی انجام شد تا همین رویکرد برای سیلیکون هم به کار گرفته شود و فقط در سال‌های اخیر است که دانشمندان مختلف در این زمینه پیشرفت داشته‌اند. اکنون دانشمندان دلفت نشان داده‌اند که یک تک فوتون می‌تواند با اسپین یک تک الکترون در تراشه‌ی سیلیکونی زوج (جفت) شود. این جفت‌شدگی علی الاصول امکان انتقال اطلاعات کوانتومی بین الکترون و فوتون را فراهم می‌آورد. Guoji Zheng می‌گوید: «برای این که بتوانیم بیت‌های کوانتومی بزرگ مقیاس در تراشه‌ی سیلیکونی بسازیم، مهم است که بتوانیم کیوبیت‌های دور را در یک تراشه‌ی سیلیکونی به هم مرتبط کنیم».
در قدم بعدی
Vandersypen به تیمش افتخار می‌کند و می‌گوید: «تیم من در زمان نسبتا کوتاهی و در فشار رقابت جهانی، توانست به این نتایج دست یابد». این یک پیشرفت واقعی برای دلفت است، Samkharadze گفت: « لایه‌ی سیلیکونی در دلفت ساخته شد، تراشه در اتاق تمیز دلفت ساخته شد و تمام اندازه‌گیری‌ها در QuTech انجام شد». اکنون دانشمندان به سختی بر روی قدم‌های بعدی کار می‌کنند. Vandersypen می‌گوید: «قدم بعدی این است که بتوانیم با استفاده از یک فوتون اطلاعات را از اسپین یک الکترون به الکترون دیگر منتقل کنیم».
بودجه‌ی لازم برای انجام این تحقیقات توسط ERC Synergy Grant و NWO تامین شده است.

منبع:
https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180125140829.htm
منبع علمی:
N. Samkharadze, G. Zheng, N. Kalhor, D. Brousse, A. Sammak, U. C. Mendes, A. Blais, G. Scappucci, L. M. K. Vandersypen. Strong spin-photon coupling in silicon. Science, 2018 DOI: 10.1126/science.aar4054.

ستارگان به عنوان مولد اعداد تصادفی می توانند قوانین بنیادی فیزیک را تست کنند.
ستارگان، کوازارها و تمامی اجسام سماوی فوتون‌هایی در مسیرهای تصادفی تولید می‌کنند. دانشمندان با بهره‌گیری از این پدیده تصادفی توانسته‌اند مولد اعداد تصادفی با نرخ بیشتر از یک میلیون عدد در ثانیه تولید کنند. تولید اعداد تصادفی با نرخ‌های بسیار بالا کاربردهای فراوانی مثل رمزنگاری و مدلسازی کامپیوتری دارد.
ولی دانشمندان در تحقیق اخیر علاوه بر کاربردهای ذکر شده علاقه‌مند به استفاده از مولدهای اعداد تصادفی کیهانی برای منظور جدیدی شده اند: تست پایه های فیزیک با بیان کردن نقطه ضعف دیگری در آزمایش بل. در حالی که آزمایش بل نشان می‌دهد که ذرات کوانتومی همبستگی فرای همبستگی های کلاسیک دارند، اگراین آزمایش‌ها از هر یک از نقاط ضعف در اندازه‌گیری بل ناشی شده باشند قابل اعتماد نخواهند بود.
محققان با رهبری جیان-وی پان (Wei Pan-Jian) از دانشگاه علم و تکنولوژی چین در شانگهای اخیرا مقاله‌ای را در مجله PRL به چاپ رسانده‌اند که در آن از منابع کیهانی جهت تولید اعداد تصادفی استفاده می‌شود.
یکی از نویسندگان این مقاله ژیان فان(Fun) به سایت phys.org می‌گوید: “ ما به طور آزمایشگاهی نشان دادیم که مولد اعداد تصادفی کیهانی داریم و با استفاد از آن طرح واقعی از آزمایش بل ارایه دادیم که از نقاط ضعف مطرح در این آزمایش رها شده به طوریکه حفره‌های ضعف بازده و موضعیت همزمان رفع می‌شوند. ما به شدت علاقمند هستیم که طرح آزمایشی پیشنهاد شده را در آینده نزدیک پیاده سازی کنیم.”
در این کار، از تلسکوپ نوری واقع در آزمایشگاه ستاره‌شناسی ژینگلانگ در چین جهت جمع آوری نوری از منابع مختلف تابشی کیهانی دور و خیلی روشن استفاده شده است. بعضی از این اجسام نورانی روشنایی چند تریلیون برابر خورشید دارند و چند صد میلیون سال نوری از زمین فاصله دارند.
از آن جا که زمان بین تابش فوتون‌ها تصادفی است، فوتون‌ها در زمان‌های تصادفی توسط تلسکوپ آشکارسازی می‌شوند. این وسیله تفکیک‌پذیری زمانی ۲۵ پیکوثانیه دارد. به طور میانگین در هر ۱۰۰ نانوثانیه یک فوتون آشکار می‌شود که معادل آشکار شدن یک میلیون فوتون در هر ثانیه است. این نرخ قابل رقابت با بهترین مولدهای تولید اعداد تصادفی امروزه است که از لیزر به عنوان منبع فوتونی استفاده می‌کنند.
در بخش دوم مطالعات این گروه، فیزیکدانان پیشنهاد استفاده از این مولد تصادفی اعداد جهت ارتقای آزمایش بل را ارایه داده‌اند. هدف این آزمایش این است که نشان دهد برخلاف مشاهدات ما از دنیای کلاسیکی، دنیای کوانتومی از واقع گرایی موضعیتی تبعیت نمی کند. موضعیت بدین معنا است که اجسام در فواصل بسیار دور نمی‌توانند روی هم اثر گذار باشند و واقع‌گرایی یعنی اجسام حتی قبل از هر اندازه‌گیری نیز وجود دارند. نقض نامساوی بل نشان می‌دهد که در حد کوانتومی طبیعت واقع‌گرایی یا موضعیت و یا هردو آن‌ها را نقض می‌کند.
آزمایش بل ضعف‌های زیادی دارد. به طور معمول، این نقاط ضعف مربوط به راه‌هایی است که اجسام اندازه گیری شده اطلاعات حاصل از اندازه‌گیری را به صورت محرمانه از طریق کلاسیکی به اشتراک می‌گذارند تا نشان دهند که آیا واقعیت موضعی وقتی که انتظار مکانیک کوانتومی ایجاب می کند که وجود نداشته باشد نقض می‌شود. با وجود این که فیزیکدانان اخیرا دو نقطه ضعف مرتبط با موضعیت و آشکارسازی را در آزمایش بل رفع کرده‌اند ولی همچنان نقاط ضعفی که می‌تواند به طور محسوسی قیود تست را دور بزند وجود دارند.
یکی از این نقاط ضعف مرتبط به آزادی انتخاب (تصادفی بودن) است. این حفره امنیتی ایجاب می کند که امکان این که آشکارسازها که از مولد اعداد تصادفی بهره می‌گیرند قبل از شروع آزمایش با هم همبسته باشند، وجود داشته باشد. قبلا تصور می شد که این همبستگی ها تنها زمانی کمتر از کسری از ثانیه قبل از شروع آزمایش می توانستند اتفاق افتاده باشند.
با استفاده از مولدهای اعداد تصادفی بر پایه منابع کیهانی، محققان نشان دادن که این همبستگی ها باید قبل از جدایی فوتون از ستاره رخ داده باشند که حداقل ۳۰۰۰ یا بیشتر سال قبل از شروع آزمایش بل می باشد. یعنی بیش از ۱۶ مرتبه بیشتر از آزمایشات قبل زمان این همبستگی افزایش یافته است.
برای تحقیق بیشتر این امکان تازه، محققان پیشنهاد تست آزمایش بل بر روی یک ماهواره خارج از جو زمین را داده اند تا از اعوجاجات جو جلوگیری شود.
مرجع خبر
https://phys.org/news/2017-05-stars-random-foundations-physics.html
مرجع علمی
Cheng Wu et al. "Random Number Generation with Cosmic Photons." Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.140402