تست شبکه کوانتومی درهم تنیدگی را بدون نیاز به اعتماد به آشکارسازها بررسی می کند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

شبکه های کوانتومی سیستم هایی هستند که کاربران یا دستگاه های مختلف را با استفاده از اصول مکانیک کوانتومی به هم متصل می کنند. در آینده، این شبکه ها می توانند به بهبود امنیت ارتباطات کمک کنند.

با این حال، برای اینکه شبکه‌های کوانتومی مبتنی بر درهم‌تنیدگی کار کنند، محققان باید بتوانند تأیید کنند که ذرات درهم‌تنیده هستند و میزان درهم‌تنیدگی آنها را ارزیابی کنند. درهم تنیدگی یک اثر مکانیکی کوانتومی است که در آن حالت های مشترک ذرات دور را نمی توان مجزا یا مستقل توصیف کرد.

محققان دانشگاه شاندونگ اخیرا رویکرد جدیدی را برای تأیید درهم تنیدگی در یک شبکه کوانتومی معرفی کرده‌اند که نیازی به اعتماد به تجهیزات مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل و تشخیص فوتون‌ها (یعنی ذرات نور) ندارد، همانطور که بیشتر استراتژی‌های توسعه‌یافته قبلی انجام می‌دهند.

روش پیشنهادی آنها، که در مقاله منتشر شده در Physical Review Letters مشخص شده است، با موفقیت برای تأیید درهم تنیدگی در یک شبکه کوانتومی با چهار کاربر مورد استفاده قرار گرفت.

هی لو، نویسنده ارشد مقاله، به Phys.org گفت: «ساخت یک شبکه کوانتومی تنها بخشی از چالش است. ما همچنین باید بدانیم که آیا درهم تنیدگی توزیع شده در سراسر شبکه واقعا وجود دارد یا خیر. علاقه من به این مشکل به سال 2014 برمی گردد، زمانی که در یکی از اولین نمایش های آزمایشی مشاهده درهم تنیدگی مستقل از دستگاه اندازه گیری (MDI) شرکت کردم."

در کار قبلی خود، لو و همکارانش نشان دادند که تکنیک های مرسوم تأیید درهم تنیدگی را می توان با اندازه گیری هایی که دستکاری شده بودند، گمراه کرد. به طور خاص، دستکاری نتایج اندازه‌گیری می‌تواند آزمون‌های مرسوم را فریب دهد تا درهم تنیدگی را زمانی که هیچ کدام وجود نداشت، تشخیص دهند.

آنها همچنین رویکردی به نام شاهد درهم تنیدگی MDI را آزمایش کردند که بر این محدودیت غلبه کرد. علیرغم پتانسیل آن، این رویکرد مستلزم آماده سازی فوتون های اضافی در حالت های شناخته شده برای آزمایش بود که اجرای آن را پیچیده کرد.

لو گفت: "در سال های اخیر، گروه ما در حال توسعه منابع فوتون درهم تنیده باند پهن بر اساس فوتونیک لیتیوم-نیوبات یکپارچه بوده است." در همین حال، شبکه‌های کوانتومی کاملا متصل به سرعت در حال پیشرفت هستند و امکان توزیع درهم‌تنیدگی بین کاربران متعدد را فراهم می‌کنند. این پیشرفت‌ها ما را برانگیخت تا دوباره تأیید درهم‌تنیدگی MDI را در زمینه شبکه‌های کوانتومی بررسی کنیم و بررسی کنیم که آیا می‌توان آن را با کارایی بیشتری پیاده‌سازی کرد.

هدف اصلی مطالعه اخیر این تیم، توسعه یک رویکرد عملی جدید برای تأیید و تعیین کمیت درهم تنیدگی در یک شبکه کوانتومی چند کاربره بود. مهمتر از همه، آنها می خواستند این رویکرد حتی بدون اعتماد به دستگاه های اندازه گیری یا آماده سازی فوتون های اضافی برای آزمایش، کار کند.

لو گفت: "ما شبکه کوانتومی خود را با استفاده از یک تراشه فوتونیکی کوچک ساختیم که جفت فوتون های درهم تنیده را در طیف وسیعی از طول موج ها تولید می کند." "با توزیع جفت فوتون های درهم تنیده از طریق کانال های طول موج مختلف، ما چهار کاربر را به هم وصل کردیم تا هر جفت بتوانند درهم تنیدگی را به اشتراک بگذارند. این در مجموع شش اتصال ایجاد کرد که هر کدام 20 کیلومتر (12 مایل) فیبر نوری را در بر می گرفت."

ایده کلیدی پشت روش اندازه گیری محققان استفاده از دو ویژگی متفاوت از یک فوتون است. محققان از زمان های احتمالی رسیدن فوتون ها برای حمل درهم تنیدگی و جهت گیری امواج نور فوتون ها برای آماده سازی حالت های شناخته شده برای آزمایش آن استفاده کردند. قابل ذکر است، این روش هنوز نیاز دارد که این حالت های آزمایشی شناخته شده به طور قابل اعتماد آماده شوند.

لو گفت: «با انجام یک اندازه‌گیری مشترک روی این دو ویژگی هر فوتون، می‌توانیم درهم تنیدگی را بدون اعتماد به دستگاه‌های اندازه‌گیری یا نیاز به فوتون‌های جانبی اضافی تأیید کنیم.»

ما سپس شمارش تصادف فوتون‌ها را بین جفت‌های کاربر ثبت کردیم. با تجزیه و تحلیل این اندازه‌گیری‌ها، می‌توانیم وجود درهم‌تنیدگی را در هر شش اتصال تأیید کنیم و بدون تکیه بر دستگاه‌های اندازه‌گیری قابل اعتماد، یک مرز پایین‌تر در میزان درهم‌تنیدگی مشترک بین هر جفت کاربر ایجاد کنیم.»

علاوه بر آزمایش درهم تنیدگی بین جفت فوتون‌ها، رویکرد این تیم می‌تواند در کل شبکه کوانتومی اعمال شود. در آزمایش‌های اولیه، محققان با موفقیت از آن برای تأیید درهم‌تنیدگی در شش پیوندی که چهار کاربر را در یک شبکه کوانتومی به هم متصل می‌کنند، بدون تکیه بر دستگاه‌های اندازه‌گیری قابل اعتماد استفاده کردند.

لو گفت: «مهمتر از آن، روش ما فراتر از تعیین وجود درهم تنیدگی است. "همچنین به ما امکان می دهد تا با ایجاد یک حد پایین در مقدار به اشتراک گذاشته شده بین کاربران، با استفاده از داده های اندازه گیری یکسان، درهم تنیدگی را کمی کنیم. این اطلاعات بیشتر در مورد منابع کوانتومی موجود در شبکه ارائه می دهد."

رویکرد MDI تیم نیز به منابع تجربی کمتری نیاز دارد. این به این دلیل است که از فوتون های یکسانی هم برای درک درهم تنیدگی و هم برای تأیید آن استفاده می کند.

لو گفت: «در آزمایش قبلی ما در سال 2014، اجرای راستی‌آزمایی درهم‌تنیدگی MDI ما به فوتون‌های جانبی اضافی نیاز داشت که این آزمایش را از نظر فنی سخت می‌کرد. "در کار حاضر، ما این نیاز را با رمزگذاری ورودی‌های کوانتومی قابل اعتماد در قطبش فوتون‌هایی که درهم‌تنیدگی سطل زمان را حمل می‌کنند، حذف می‌کنیم."

لو و همکارانش فکر می کنند که رویکرد آنها می تواند توصیف قابل اعتماد درهم تنیدگی را برای شبکه های کوانتومی بزرگتر کاربردی تر کند. در شبکه‌های کاملا متصل بزرگتر، تعداد اتصالات بین کاربران افزایش می‌یابد، بنابراین به حداقل رساندن پیچیدگی روش‌های مورد استفاده برای تأیید درهم تنیدگی اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند.

لو گفت: "هدف بعدی ما گسترش رویکرد خود به شبکه های کوانتومی بزرگتر و پیچیده تر است." "به طور خاص، ما علاقه مند به کاوش درهم تنیدگی با ابعاد بالا و چند بخشی هستیم. رمزگذاری Time-bin یک راه طبیعی برای تولید حالت های کوانتومی با ابعاد بالا ارائه می دهد، در حالی که درهم تنیدگی چند بخشی به چندین کاربر اجازه می دهد تا یک حالت درهم تنیده مشترک را به اشتراک بگذارند و فرصت های جدیدی را برای ارتباطات و شبکه های کوانتومی باز می کند."

منبع لیتیوم-نیوبات که توسط این تیم در آزمایش‌هایشان استفاده شد، فوتون‌هایی با طیف وسیعی از طول موج‌ها تولید می‌کند. این به آنها اجازه می دهد تا از طریق چندین کانال نوری مجزا، درهم تنیدگی را به اشتراک بگذارند، که می تواند هنگام ایجاد شبکه های کوانتومی با کاربران و اتصالات بیشتر مفید باشد.

لو افزود: «با پیچیده‌تر شدن این شبکه‌ها، توسعه روش‌های کارآمد و قابل اعتماد برای تأیید و کمیت درهم‌تنیدگی اهمیت فزاینده‌ای خواهد داشت». در نهایت، ما امیدواریم که منابع فوتون یکپارچه باند پهن را با روش‌های توصیف درهم تنیدگی مقیاس‌پذیر ترکیب کنیم تا از شبکه‌های کوانتومی پیشرفته‌تر پشتیبانی کنیم.

توسط نویسنده ما Ingrid Fadelli، ویرایش شده توسط Sadie Harley، و بررسی واقعیت و بازبینی توسط رابرت ایگان برای شما نوشته شده است - این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

لو لیو و همکاران، تعیین کمیت درهم تنیدگی مستقل از دستگاه اندازه گیری در یک شبکه کوانتومی کاملا متصل Time-Bin، Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/hpfg-ljzr. در arXiv : arxiv.org/abs/2605.04546

اطلاعات مجله: arXiv , Physical Review Letters

روزنامه نگار آزاد با لیسانس روانشناسی و کارشناسی ارشد روزنامه نگاری بین المللی. از سال 2018 هوش مصنوعی، رباتیک، علوم اعصاب و اخترفیزیک را پوشش می دهد. نمایه کامل →

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →