دانشمندان فوتونی را با انتقال از راه دور کوانتومی به فضا فرستادند

پژوهشگران چینی نشان دادند که ارتباط کوانتومی بین زمین و فضا امکان‌پذیر است، و حالا آن‌ها با استفاده از فناوری انتقال از راه دور یا دورنوردی کوانتومی (quantum teleportation) فوتونی را به فضا ارسال کردند.

این آزمایش بین میسیوس (Micius) –ماهواره کوانتومی چینی- و ایستگاه زمینی انجام شد. پژوهشگران توانستند حالت کوانتومی نامشخص را از یک فوتون در زمین به دیگری در فضا منتقل کنند.

البته این انتقال به فضا مانند آنچه در فیلم‌های علمی تخیلی می‌بینیم نبوده و به آن اندازه هیجان‌انگیز و با ابهت نیست. برای انتقال تمام خواص ذره -حالت کوانتومی‌اش- کار عظیمی لازم است انجام شود. آگاهی کامل از حالت کوانتومی ممکن نیست و نمی‌توان آن را کپی کرد. با این حال،اگر حاضر باشید ذره‌ای را نابود کنید، می‌توانید به راحتی حالت کوانتومی‌اش را روی ذره دیگری منتقل کنید. ذره جدید، عملا با ذره قدیمی معادل خواهد بود.

انتقال از راه دور کوانتومی ضرورتی حیاتی برای ایجاد اینترنت کوانتومی است که به رایانه‌های کوانتومی اجازه ارتباط با یکدیگر را می‌دهد. استفاده بیش از حد از کلمه کوانتوم در جمله قبل برای پیچیده‌تر کردن ظاهر آن نیست. رایانه‌های کوانتومی رایانه‌هایی هستند که می‌توانند با استفاده از قوانین مکانیک کوانتومی محاسبات را سریع‌تر از بهترین ابررایانه‌هایی که تاکنون ساخته شده است انجام دهند، در حالی‌که ابعادی بسیار کوچکتر از آنها دارند.

هنوز مشکلات بسیاری بر سر راه ساخت رایانه‌های کوانتومی وجود دارد، اما این پژوهش پیشرفت خوبی در اثبات ممکن بودن ارتباط از راه دورکوانتومی به شمار می‌آید. ماهواره مقصد، در ۱۴۰۰ کیلومتری ایستگاه فضایی قرار گرفته بود.

اعضای گروه پژوهشی در مقاله‌ خود نوشته‌اند «انتقال از راه دور به عنوان عنصری اساسی در پروتکل‌هایی مانند شبکه‌های کوانتومی بزرگ مقیاس و محاسبات کوانتومیِ توزیع شده، شناخته شده است. با این حال آزمایش‌های مشابه قبلی به علت از دست رفتن فوتون در فیبرهای نوری یا کانال‌های فضای باز زمینی، بین مکان‌هایی با فاصله حدودی ۱۰۰ کیلومتر انجام شد.»

ارتباط کوانتومی از اصل درهم تنیدگی پیروی می‌کند، که در آن دو ذره می‌توانند بلافاصله روی یکدیگر تاثیر بگذارند و مسافت بینشان اهمیتی ندارد. این ممکن است در ابتدا نقض نسبیت خاص بنظر برسد چراکه اطلاعات نمی‌تواند با سرعت نور حرکت کند، اما این گونه نیست. اگر شما ذراتی درهم‌تنیده داشته باشید، حالت کواتنومی آن‌ها مشترک است. اینکه آن‌ها را بعنوان ذراتی مجزا درنظر بگیریم مفهومی ندارد (دست‌کم در مکانیک کوانتوم این‌گونه است).

اگرچه درهم‌تنیدگی بسیار سودمند است (و کمی گیج کننده)، بسیار ناپایدار هم است. حالت کوانتومی به راحتی شکسته می‌شود و ذرات به شکل انفرادی خود برمی‌گردند. به همین دلیل است که ارسال این حالت‌های کوانتومی در مسافت بیش از ۱۰۰ کیلومتر از طریق هوا و یا فیبرهای نوری مشکل بوده است.

این پژوهش نشان می‌دهد، برای ساخت شبکه‌ای واقعا جهانی از ارتباطات کوانتومی، به ماهواره‌های کوانتومی نیاز خواهیم داشت.