🔺 حل معمای ۲۵ ساله در فیزیک کوانتوم: امکان سنجش مستقیم «حالت W» فراهم شد

🔹 درهم‌تنیدگی کوانتومی یکی از پایه‌ای‌ترین مفاهیم برای توسعه فناوری‌های نسل آینده مانند کامپیوترها و شبکه‌های امن به شمار می‌رود. با این حال، سنجش دقیق پیوند میان چند ذره همواره از چالش‌های بزرگ فیزیکدانان بوده است. اکنون تیمی از محققان دانشگاه کیوتو و هیروشیما در ژاپن موفق شده‌اند پس از ۲۵ سال، روشی نوین برای اندازه‌گیری مستقیم یکی از پایدارترین انواع درهم‌تنیدگی چندذره‌ای موسوم به «حالت W» با سه فوتون ابداع کنند.

❕ تفاوت حالت‌های W و GHZ: چرا حالت W برای شبکه‌ها حیاتی است؟
هنگامی که سه یا چند ذره درهم‌تنیده می‌شوند، وضعیت ارتباط آن‌ها می‌تواند متفاوت باشد. در حالت استاندارد «گرینبرگر-هورن-زایلینگر» (GHZ)، تمام ذرات به یکدیگر وابسته‌اند و در صورت حذف یا سنجش تنها یک ذره، درهم‌تنیدگی کل سیستم فوراً نابود می‌شود. اما در «حالت W»، ویژگی منحصربه‌فردی وجود دارد: حتی اگر یکی از ذرات از سیستم خارج شود، ذرات باقی‌مانده همچنان حالت درهم‌تنیده و کارآمد خود را حفظ می‌کنند. این پایداری در برابر خطا، حالت W را برای ساخت حافظه‌ها و شبکه‌های ارتباطی کوانتومی بسیار مناسب می‌کند.

🔹 تا پیش از این، ارزیابی چنین سیستم‌هایی به روشی کند و پیچیده موسوم به «توموگرافی کوانتومی» نیاز داشت. در این روش، به دلیل تخریب وضعیت کوانتومی پس از هر مشاهده، دانشمندان مجبور بودند سامانه‌های یکسان بی‌شماری بسازند و اندازه‌گیری‌های مکرر انجام دهند؛ فرآیندی که با افزایش تعداد ذرات، از نظر محاسباتی و زمانی به صورت تصاعدی گسترش می‌یافت و یک گلوگاه بزرگ ایجاد می‌کرد.

❕ نوآوری محققان: اندازه‌گیری در یک مرحله با مدار تبدیل فوریه
پژوهشگران برای دور زدن این مشکل، یک مدار اپتیکی نوین بر پایه «تبدیل فوریه گسسته» طراحی کردند. این دستگاه فوتون‌ها را در مسیرهای مختلف شکافته و تداخل امواج آن‌ها را بررسی می‌کند تا «تقارن شیفت چرخشی» سیستم را ردیابی کند؛ ویژگی خاصی که نشان می‌دهد جابه‌جایی نوبتی جایگاه فوتون‌ها تغییری در مشخصات کلی حالت W ایجاد نمی‌کند. این شیوه نوین توانست در یک مرحله و با دقت ۸۷.۱ درصد حالت درهم‌تنیده را تشخیص دهد که به مراتب بالاتر از آستانه تئوری لازم (۶۶.۷ درصد) است.

🔹 این آزمایش نشان داد که می‌توان بدون نیاز به تکرارهای طاقت‌فرسا، وضعیت‌های درهم‌تنیده پیچیده را به شکل کارآمد ارزیابی کرد. دانشمندان در تلاشند تا این ساختار اپتیکی را بر روی تراشه‌های فوتونیک فشرده پیاده‌سازی کنند؛ گامی بنیادین که راه را برای ساخت پردازنده‌ها، حسگرها و پروتکل‌های رمزنگاری غیرقابل نفوذ در اینترنت کوانتومی هموارتر خواهد کرد.

[منبع]
🆔 @Science_Focus
#فیزیک_کوانتوم #درهم_تنیدگی #اطلاعات_کوانتومی #فوتونیک #شبکه_کوانتومی #فناوری