يمكن نقل المعلومات الكمومية بكفاءة أكبر بفضل بروتوكول جديد يستخدم البصريات غير الخطية لنقل حالات الضوء عالية الأبعاد والمعقدة مكانيًا. يشبه البروتوكول، الذي طوره باحثون في جنوب إفريقيا وإسبانيا وألمانيا، النقل الآني الكمي ويعتمد على تشفير المعلومات في حالات الزخم الزاوي المداري للفوتونات.
تعمل بروتوكولات الاتصال الكمي مثل BB84 من خلال السماح لطرفين (المعروفين عمومًا باسم Alice وBob) بتبادل المعلومات المشفرة عبر رابط غير آمن. للقيام بذلك، يجب عليهم مشاركة مورد من الحالات المتشابكة. ولا يمكن قياس مثل هذه الحالات دون تدميرها، لذلك لا يستطيع طرف ثالث لا يشارك في التشابك فك تشفير المعلومات.
ومع ذلك، لكي ينجح هذا الإعداد، يجب أولاً إنشاء الحالات المتشابكة وتوزيعها بشكل آمن على أليس وبوب. للحصول على الأمان المثالي، يجب أن يحدث هذا التوزيع من خلال مشاركة الجسيمات المتشابكة المفردة. اقترح بروتوكول BB84 الأصلي القيام بذلك عن طريق تشفير التشابك في حالات استقطاب الفوتونات، لكن هذا يسمح فقط لكل جسيم بنقل جزء واحد من التشابك. ولذلك سعى الباحثون إلى خيارات أكثر كفاءة.
واجهات موجية متصاعدة
أحد الاحتمالات الواعدة هو استخدام خاصية فوتون مختلفة، مثل الزخم الزاوي المداري. وينشأ هذا من دوران مقدمات الموجة مثل اللوالب المغزلية. يجب أن تدور كل واجهة موجة عددًا صحيحًا من المرات لكل طول موجي للتأكد من أن الدالة الموجية لا تأخذ قيمًا متعددة في نفس النقطة في الفضاء، ولكنها من الناحية النظرية غير محدودة. على عكس الاستقطاب (الذي يُعطى بواسطة العدد الكمي للزخم الزاوي المغزلي) فإنه يوفر مجموعة لا حصر لها من الحالات الكمية والمتعامدة وأساسًا لا نهائي الأبعاد يمكن من خلاله تنظيم مجال الفوتون.
في العمل الجديد ، الذي تم وصفه في طبيعة الاتصالات, الباحثين بقيادة أندرو فوربس من جامعة ويتواترسراند، يوضحان بروتوكولًا يمكن، من حيث المبدأ، أن يسمح لأليس وبوب بنقل معلومات مكانية عالية الأبعاد بينهما باستخدام فوتون واحد وبصريات غير خطية. يبدأ البروتوكول عندما يضخ بوب بلورة غير خطية بالليزر، مما يؤدي (أحيانًا) إلى إنتاج زوج من الفوتونات المتشابكة ذات التردد المنخفض مع عزم زاوي مداري معاكس عبر آلية تسمى التحويل البارامتري التلقائي إلى الأسفل. يتم إرسال فوتون واحد من كل زوج إلى أليس، بينما يحتفظ بوب بالفوتون الآخر.
وفي الوقت نفسه، تقوم أليس بتشفير المعلومات المكانية التي ترغب في نقلها إلى العزم الزاوي المداري للفوتونات المنبعثة من الليزر الخاص بها. وتقوم بتوجيه هذه الفوتونات إلى بلورة غير خطية ثانية، والتي تستقبل أيضًا الفوتونات من بوب. لا تحمل الفوتونات الصادرة عن بوب أي معلومات، ولكن عندما تدخل بلورة أليس، تخضع نسبة صغيرة منها لعملية بصرية غير خطية أخرى تسمى توليد مجموع التردد. يعد هذا تحويلًا بارامتريًا عفويًا إلى الأسفل في الاتجاه المعاكس، مما يسمح لفوتونين أحيانًا بإنتاج فوتون واحد بتردد أعلى إذا كانت الفوتونات من أليس وبوب لها عزم زاوي متساوٍ ومعاكس. عندما أبلغت أليس عن وصول مثل هذا الفوتون عالي التردد إلى كاشفها، قام بوب بقياس الزخم الزاوي للفوتون الخاص به.
التشابك كمورد
والجدير بالذكر أن هذه العملية لا تحقق "مبادلة التشابك" من النوع المطلوب في المكرر الكمي. لتحقيق ذلك، يجب أن تتشابك الفوتونات التي تدخل البلورة الأولى مع الفوتونات الخارجة من البلورة الثانية، ويجب أن يتم نقل الحالة المتماسكة التي أرسلتها أليس إلى بلورتها مباشرة إلى حالة الفوتون المتبقي مع بوب. وهذا يتطلب كفاءة أكبر بكثير في عمليات التحويل لأعلى ولأسفل مما هو ممكن حاليًا في البصريات غير الخطية المستخدمة هنا.
بدلًا من ذلك، يستخدم الباحثون حقيقة أنه إذا شارك الفوتون في كل من التحويل إلى الأسفل وتمايز مجموع التردد، فإن الفوتونات غير المرسلة من عملية التحويل إلى الأسفل البارامترية التلقائية لبوب يجب أن يكون لها نفس الزخم الزاوي المداري مثل الفوتونات التي استخدمتها أليس ترميز المعلومات المكانية. ومن ثم، فمن خلال قياس الفوتون غير المرسل الخاص به، يستطيع بوب فك تشفير المعلومات، ولكن لا يمكن لأي شخص يفتقر إلى هذا الفوتون أن يفعل ذلك. يوضح عضو الفريق: "نحن نستخدم التشابك كمورد". آدم فاليس معهد العلوم الضوئية والبصرية في برشلونة.
معلومات سرية
ويعتقد الباحثون أن مخططهم، الذي أظهروه في المختبر باستخدام 15 عزمًا زاويًا مختلفًا للفوتونات، يمكن أن ينتج نظام مصادقة كميًا آمنًا للبنوك والكيانات الأخرى. تقول فوربس: "لنفترض أن لديك معلومات سرية تريد إرسالها، يمكن أن تكون بصمة إصبع أو وثيقة هوية أو أي شيء آخر". "لديك هذا الفوتون الذي يتم إرساله إليك والذي يجعل مخططنا يعمل، وتقوم بتداخل هذا الفوتون من بوب أو البنك مع المعلومات التي تريد إرسالها وتحصل على نقرة في كاشفك. وعندما تفعل ذلك، وتشارك هذه المعلومات مع البنك، يحصل البنك على المعلومات التي تريد إرسالها.
جوناثان ليتشويصفها خبير البصريات الكمومية في جامعة هيريوت وات بالمملكة المتحدة، والذي لم يشارك في البحث، بأنها "تجربة جميلة وعمل مهم للغاية". ويضيف، مع ذلك، أن ورقة الفريق، مع أ عمل مماثل التي أجراها باحثون في جامعة شيامن الصينية، أثارت بعض الجدل حول ادعاءات الباحثين الأولية بأنهم قاموا بنقل حالات كمومية عالية الأبعاد. يقول ليتش: "في جوهرها، روح النقل الآني الكمي وأي نوع من النقل الآني هو أن لديك حالة ما يتم نقلها إلى موقع جديد وفي هذه العملية يتم تدمير الأصل". ويضيف أن هذا ليس صحيحًا حقًا هنا، لأنه يتعين على أليس استخدام الليزر لتوليد نسخ عديدة من الحالة الكمومية حتى تخضع إحداها لتمايز مجموع التردد ويتم اكتشافها بواسطة بوب، وبالتالي فإن الحالة الأصلية لا تزال موجودة في حالة أليس. نهاية.
يستخدم التشابك القياسي استقطاب الفوتون، والموضع، والزخم الزاوي المداري
فيزيائي دان جوتييه أما من جامعة ولاية أوهايو في الولايات المتحدة، فهو أقل حماسًا، معتبرًا أن مجموعات أخرى قامت بعمل مماثل باستخدام أساليب أقل تفصيلاً. ويرى أيضًا عيبًا في البروتوكول نفسه، حيث يقول: "في اللغة الكمومية، هذا ما يسمى بالقياس الإسقاطي". "إذا كان الفوتون في الحالة التي تبحث عنها، فانظر بنقرة واحدة. إذا لم يكن الأمر كذلك فلن تحصل على أي معلومات. لذلك، إذا كان لديهم مساحة ذات أبعاد ثلاثية، فإن الفائدة الحقيقية لما يفعلونه ستضيع تمامًا لأنه في كل مرة يقومون فيها بإجراء قياس، هناك فرصة 1/d فقط لاختيار الوضع الصحيح لإجراء القياس. ويتقبل الباحثون هذا النقد ويعملون على معالجته.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/new-protocol-transmits-quantum-information-in-complex-states-of-light/
