24 آگوست 2024 -توسط دیوید آپل، شرح: نقشه شبکه GothamQ در بخش‌های شهر نیویورک. اعتبار: مجله فیزیک از طریق APS
برای معرفی شبکه‌های کوانتومی به بازار، مهندسان باید بر شکنندگی حالت‌های درهم‌تنیده در یک کابل فیبر غلبه کنند و از کارایی ارسال سیگنال اطمینان حاصل کنند. اکنون، دانشمندان شرکت Qunnect در بروکلین، نیویورک، با راه اندازی چنین شبکه ای در زیر خیابان های شهر نیویورک، گام بزرگی به جلو برداشته اند.در حالی که دیگران قبلا فوتون های درهم تنیده را منتقل کرده اند، نویز و رانش قطبی در محیط فیبر برای بقای درهم تنیدگی، به ویژه در یک شبکه پایدار طولانی مدت، وجود داشته است.
مهدی نمازی، یکی از بنیانگذاران و مدیر ارشد علمی Qunnect، می گوید: «این جایی است که کار ما وارد عمل می شود. طراحی شبکه، روش ها و نتایج تیم در PRX Quantum منتشر شده است.
برای شبکه نمونه اولیه خود، محققان Qunnect از یک مدار فیبری اجاره ای به طول 34 کیلومتر استفاده کردند که آن را حلقه GothamQ نامیدند. آنها با استفاده از فوتون‌های درهم‌تنیده با قطبش، حلقه را به مدت 15 روز پیوسته کار کردند و به زمان آپتایم 99.84 درصد و وفاداری جبران 99 درصد برای جفت فوتون‌های درهم‌تنیده که با سرعتی در حدود 20000 در ثانیه ارسال می‌شوند، دست یافتند. با نیم میلیون جفت فوتون درهم تنیده در ثانیه، وفاداری همچنان نزدیک به 90 درصد بود.
قطبش یک فوتون جهت میدان الکتریکی آن است. (ممکن است درک این موضوع در تصویر موجی نور آسان‌تر باشد.) شاید با پدیده عینک‌های آفتابی پلاریزه آشنا باشید، این عینک‌ها فیلترهایی هستند که نور را از یک جهت قطبش عبور می‌دهند، اما مسیرهای دیگر را مسدود می‌کنند، بنابراین تابش خیره‌کننده منعکس شده از آب را کاهش می‌دهند. به عنوان مثال، برف و شیشه.
فوتون های قطبی شده مفید هستند زیرا ایجاد آنها آسان است، دستکاری آنها (با فیلترهای قطبی شده) و اندازه گیری آسان است.تجهیزات Qu-Val Qunnect، متشکل از یک منبع درهم تنیدگی، جبران کننده های قطبش خودکار و دستگاه اندازه گیری. اعتبار: مهدی نمازی از Qunnect
فوتون های درهم تنیده با قطبش در سال های اخیر برای ساخت تکرار کننده های کوانتومی در مقیاس بزرگ، محاسبات کوانتومی توزیع شده و شبکه های سنجش کوانتومی توزیع شده استفاده شده اند.
درهم تنیدگی کوانتومی، موضوع جایزه نوبل فیزیک 2022، پدیده کوانتومی عجیبی است که در آن ذرات در یک حالت کوانتومی دارای یک ارتباط هستند، گاهی اوقات با فاصله طولانی، به طوری که اندازه گیری ویژگی یکی به طور خودکار ویژگی های دیگران را مشخص می کند که با آنها ارتباط دارند در هم پیچیده است.
در طراحی آنها، یک فوتون مادون قرمز با طول موج 1324 نانومتر با یک فوتون مادون قرمز نزدیک به طول موج 795 نانومتر در هم پیچیده شده است. فوتون دوم از نظر طول موج و پهنای باند با سیستم‌های اتمی روبیدیوم سازگار است، مانند این که در حافظه‌های کوانتومی و پردازنده‌های کوانتومی استفاده می‌شود. مشخص شد که رانش پلاریزاسیون هم به طول موج و هم وابسته به زمان است، و به Qunnect برای طراحی و ساخت تجهیزات برای جبران فعال در طول موج های یکسان نیاز دارد.
برای تولید این جفت فوتون های دو رنگ درهم، پرتوهای ورودی جفت شده با طول موج های معین از طریق سلول بخار غنی شده با روبیدیم-78 فرستاده شد، جایی که آنها اتم های روبیدیم درون سلول را تحریک کردند و باعث شدند یک الکترون خارجی دو بار از طریق یک اوربیتال 5p به اوربیتال 6s انتقال یابد.
از این حالت برانگیخته مضاعف، گاهی اوقات یک فوتون 1324 نانومتری ساطع می‌شود و یک فروپاشی الکترونی بعدی فوتون دیگری به طول 795 نانومتر تولید می‌کند.
آنها جفت فوتون های درهم با قطبش 1324 نانومتری را در برهم نهی های کوانتومی از طریق فیبر فرستادند، یک حالت با هر دو قطبش افقی و دیگری با هر دو عمودی – یک پیکربندی دو کیوبیتی که به طور کلی به عنوان حالت بل شناخته می شود. در چنین برهم نهی، جفت فوتون های مکانیکی کوانتومی در هر دو حالت به طور همزمان هستند.
با این حال، در کابل‌های نوری، چنین سیستم‌های فوتونی بیشتر در معرض اختلال در پلاریزاسیون آنها توسط ارتعاشات، خمش و نوسانات فشار و دما در کابل هستند و می‌توانند به کالیبراسیون مجدد مکرر نیاز داشته باشند. از آنجایی که تشخیص و جداسازی این نوع اختلالات تقریباً غیرممکن است، چه رسد به کاهش، تیم Qunnect دستگاه‌های جبران قطبش خودکار (APC) را برای جبران الکترونیکی آنها ساخت.
با فرستادن جفت‌های فوتون کلاسیک، نه درهم‌تنیده، 1324 نانومتری با قطبش‌های شناخته‌شده به پایین فیبر، آنها می‌توانستند میزان تغییر یا تغییر قطبش آنها را اندازه‌گیری کنند. رانش قطبی در چهار فاصله انتقال اندازه گیری شد: صفر، 34، 69 و 102 کیلومتر، با ارسال فوتون های کلاسیک صفر، یک، دو یا سه بار در اطراف حلقه شهری در زیر خیابان های بروکلین و کوئینز. سپس از APCها برای تصحیح پلاریزاسیون جفت های درهم تنیده استفاده کردند.
نمایش حلقه GothamQ Qunnect به ویژه از نظر مدت زمان، ماهیت زمان عمل و درصد آپتایم آن قابل توجه بود. آنها نوشتند که این نشان می دهد “پیشرفت به سمت یک شبکه درهم تنیدگی عملی کاملا خودکار” که برای اینترنت کوانتومی مورد نیاز است.
نمازی گفت: «از زمانی که این کار را به پایان رساندیم، قبلاً تمام قطعات را به صورت قفسه‌ای ساخته‌ایم، بنابراین می‌توان از آنها در همه جا استفاده کرد» – تجهیزات ترکیبی که به آنها Qu-Val می‌گویند.
