บาคาร่าเว็บตรง ภาพถ่ายนักวิจัยที่ทำงานบนม้านั่งออพติคอลที่อาบแสงสีเขียว กำลังดำเนินการ Teleportationนักวิจัยที่ QuTech ในเนเธอร์แลนด์ด้วยการทดลองการเคลื่อนย้ายด้วยควอนตัม นักฟิสิกส์ในเนเธอร์แลนด์ได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าข้อมูลควอนตัมสามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างน่าเชื่อถือระหว่างโหนดเครือข่ายที่ไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงระหว่างกัน ตามที่นักวิจัยซึ่งสร้างเครือข่ายควอนตัมสามโหนดแรก
ของโลก ที่ QuTech ความร่วมมือระหว่าง Delft University of Technology และ TNO
ในปี 2564 ผลงานล่าสุดถือเป็นก้าวต่อไปของอินเทอร์เน็ตควอนตัมที่ปรับขนาดได้ เครือข่ายควอนตัมเสนอวิธีการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างสถานที่หรือโหนดต่างๆ ที่มีความปลอดภัยสูง ในขณะที่โหนดเหล่านี้สามารถเชื่อมต่อได้โดยใช้เส้นใยแสงธรรมดา การสูญเสียโฟตอนภายในเส้นใยจำกัดคุณภาพหรือความเที่ยงตรงของการเชื่อมต่อ: เมื่อโฟตอนสูญหาย ข้อมูลควอนตัมของมันก็จะสูญหายไปด้วย การใช้ควอนตัมพัวพันเพื่อเทเลพอร์ตข้อมูลโดยตรงจากโหนดหนึ่งไปยังอีกโหนดหนึ่งจะลบกลไกการสูญเสียนี้ ทำให้เป็นที่ต้องการสำหรับอินเทอร์เน็ตควอนตัมในอนาคต
เครือข่ายสามโหนดที่แสดงที่ QuTech ในปี 2564 ใช้ควอนตัมบิตหรือ qubits ที่ทำจากศูนย์ว่างไนโตรเจน (NV) ซึ่งเป็นข้อบกพร่องภายในอะตอมของคาร์บอนตาข่ายของเพชร แต่ละโหนดมี qubit การสื่อสาร และโหนดหนึ่งยังรวมหน่วยความจำ qubit (ทำจากอะตอมของคาร์บอนที่อยู่ติดกัน) ซึ่งสามารถเก็บข้อมูลควอนตัมของโหนดได้ บล็อคการสร้างสำหรับการพันกันของโหนดสามโหนดจึงมีอยู่แล้ว แต่ระบบยังห่างไกลจากความน่าเชื่อถือในสถานะการเคลื่อนย้ายข้อมูลอย่างสม่ำเสมอ
การเคลื่อนย้ายควอนตัม
ขั้นตอนแรกในการเคลื่อนย้ายข้อมูลควอนตัมจากผู้ส่งไปยังผู้รับคือการสร้างสิ่งกีดขวางระหว่าง qubits ตามลำดับ การดำเนินการที่เรียกว่าการวัดสถานะเบลล์ (BSM) บน qubit ของผู้ส่งจะทำให้สถานะควอนตัมส่งผ่าน หมายความว่าจะหายไปจากโหนดของผู้ส่งและปรากฏขึ้นในรูปแบบที่เข้ารหัสที่โหนดของผู้รับ สถานะควอนตัมสามารถถอดรหัสได้โดยใช้ผลลัพธ์ BSM ที่ส่งไปยังเครื่องรับผ่านช่องสัญญาณแบบคลาสสิก (เช่น ใยแก้วนำแสง)
ก่อนหน้านี้ มีเพียงสองจุดเครือข่ายที่อยู่ติดกัน ซึ่งเดิมเรียกว่าอลิซและบ็อบ การเพิ่มประเด็นที่สาม ชาร์ลี ไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากต้องสร้างพัวพันระหว่างอลิซกับชาร์ลีผ่าน Bob ซึ่งเป็นโหนดกลาง นอกจากนี้ยังต้องการความเที่ยงตรงสูงเพื่อให้การเคลื่อนย้ายข้อมูลทำงานได้
ขั้นตอนการเพิ่มประสิทธิภาพ
เพื่อให้ได้ข้อมูลที่มีความเที่ยงตรงสูง นักวิจัยของ QuTech ได้ทำการอัปเกรดหลายอย่าง ในระบบก่อนหน้านี้ สัญญาณ “ประกาศ” ที่บ่งบอกถึงสิ่งกีดขวางนั้นมาจากตัวตรวจจับแสงเดียวกันกับที่ตรวจจับโฟตอนที่ใช้สำหรับการพัวพัน อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้สามารถนำไปสู่สัญญาณเท็จอันเนื่องมาจากกระบวนการต่าง ๆ ที่ไม่ต้องการทำให้เกิดโฟตอนที่สอง เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ทีมงานได้ตั้งค่าเส้นทางการตรวจจับเพิ่มเติมที่ตั้งค่าสถานะสัญญาณการประกาศเท็จโดยจับโฟตอนที่สอง
ภาพแสดงตัวอย่างเพชรที่ต่อสายไฟ
Qubits อย่างใกล้ชิด: ศูนย์ตำแหน่งว่างไนโตรเจนภายในตัวอย่างเพชรถูกใช้เป็น qubits ในการทดลองเทเลพอร์ต ปัญหาอีกประการหนึ่งที่นักวิจัยกล่าวถึงคือการแพร่กระจายของสเปกตรัม ซึ่งทำให้คิวบิตหลุดออกจากเฟส ลดความเที่ยงตรงของการส่งสัญญาณ กระบวนการนี้มีผลกระทบมากขึ้นสำหรับโฟตอนที่ปล่อยออกมาในภายหลัง ดังนั้นทีมงานจึงย่อหน้าต่างการตรวจจับให้สั้นลง
การปรับปรุงชุดสุดท้ายเกี่ยวข้องกับหน่วยความจำที่ใช้เก็บข้อมูลควอนตัม ประการแรก ทีมงานได้ปกป้องคิวบิตหน่วยความจำจากการมีปฏิสัมพันธ์กับสปินนิวเคลียร์ที่อยู่ใกล้เคียง ในการทำเช่นนี้ พวกเขาได้รวมพัลส์สนามแม่เหล็กเข้ากับลำดับพัวพันที่พลิกหน่วยความจำ qubit ตามช่วงเวลาที่กำหนด ดังนั้นจึงหาค่าเฉลี่ยผลของการโต้ตอบที่ไม่ต้องการเหล่านี้ออก พวกเขายังปรับปรุงความสามารถในการอ่านหน่วยความจำ qubit เนื่องจากสถานะหนึ่งของหน่วยความจำ qubit มีความเที่ยงตรงที่ดีกว่า การอ่านค่าจึงไม่สมมาตร โดยการทำซ้ำขั้นตอนการอ่านข้อมูล ทีมงานได้กรองข้อมูลที่ “ไม่ดี” ออกไป และเพิ่มความถูกต้องในที่สุด
บีมฉันขึ้น
หลังจากการปรับปรุงเหล่านี้ นักวิจัยสามารถเคลื่อนย้ายข้อมูลควอนตัมระหว่างโหนดที่ไม่อยู่ติดกันของ Charlie และ Alice อย่างแรก พวกเขาเกี่ยวคิวบิตของอลิซและชาร์ลีผ่านของบ็อบ จากนั้นชาร์ลีก็เก็บส่วนหนึ่งของสถานะพัวพันไว้ที่หน่วยความจำ qubit และเตรียมสถานะควอนตัมที่จะเทเลพอร์ต การใช้ BSM ที่ Charlie จะส่งผ่านสถานะไปยัง Alice จากนั้นนักวิจัยได้ส่งผลลัพธ์ BSM ไปยังอลิซและเรียกสถานะกลับคืนมาด้วยความเที่ยงตรงถึง 71% ซึ่งสูงกว่าขอบเขตแบบคลาสสิกของ ⅔ ซึ่งพิสูจน์ว่าการเคลื่อนย้ายทางไกลประสบความสำเร็จ
Ronald Hansonนักวิจัย QuTech ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษากล่าวว่าขั้นตอนต่อไปของทีมคือการขยายจำนวนหน่วยความจำ qubits ทำให้สามารถเรียกใช้โปรโตคอลที่ซับซ้อนมากขึ้นได้ วัตถุประสงค์อีกประการหนึ่งคือการทำให้เทคโนโลยีทำงานนอกสภาพแวดล้อมของห้องปฏิบัติการ เช่น โดยใช้ใยแก้วนำแสงที่ปรับใช้แล้วภายในเครือข่ายจริง “เรายังร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เพื่อพัฒนาสแต็กควบคุมเครือข่ายควอนตัม ซึ่งเป็นสแต็คของเลเยอร์ควบคุมที่คล้ายกันซึ่งปัจจุบันใช้อินเทอร์เน็ตที่เราทุกคนใช้อยู่ในปัจจุบัน” เขากล่าวกับ Physics World
Hugues de Riedmattenนักวิจัยที่ ICFO ในบาร์เซโลนา ประเทศสเปน ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้ กล่าวว่าการเคลื่อนย้ายควอนตัมผ่านโหนดที่ไม่ใช่เพื่อนบ้านถือเป็นก้าวสำคัญ ในมุมมองของเขา ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของทีมคือการรวมการทดลองที่ท้าทายหลายอย่างเข้าด้วยกัน ซึ่งทั้งหมดนี้จำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างเต็มที่เพื่อให้ได้ค่าความแม่นยำที่จำเป็น
สำหรับการเคลื่อนย้ายควอนตัมในการสาธิตครั้งเดียว de Riedmatten ตั้งข้อสังเกตว่าการตั้งค่าปัจจุบันสามารถใช้โฟตอนที่ปล่อยออกมาได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ซึ่งจำกัดอัตราการพัวพันระยะไกล อย่างไรก็ตาม เขาเสริมว่าสิ่งนี้สามารถแก้ไขได้โดยการฝังศูนย์ NV ในช่องแสงเพื่อรวบรวมโฟตอนมากขึ้น หรือโดยการใช้ตัวปล่อยอื่นๆ บาคาร่าเว็บตรง
