مركز ديوك الكمي وشركة IonQ يثبتان تشابكًا ثلاثيًا عن بُعد للبتات الكمومية الذرية

أخبار ar.wedoany.com، أظهر باحثون من مركز ديوك الكمي (Duke Quantum Center) وشركة IonQ إمكانية توليد حالات غرينبرغر-هورن-تسايلينغر (حالات GHZ) بشكل موزع باستخدام أيونات مفردة محصورة على شبكة كمومية مكونة من ثلاث عقد. تضمّنت المنظومة التجريبية ثلاث وحدات أجهزة منفصلة مكانيًا، تبعد كل منها عن الأخرى حوالي مترين، ومتصلة عبر ألياف ضوئية أحادية الوضع بطول 3 أمتار بمولّد مركزي لحالات GHZ في الفضاء الحر. حققت هذه الشبكة تشابكًا ثلاثيًا عن بُعد دون الحاجة إلى بوابات كمومية محلية ثنائية البت أو بروتوكولات اختيار لاحق، مع تحقيق دقة للحالات الذرية تراوحت بين 0.881(17) و0.841(17) بمعدل توليد تشابك بلغ 0.095(5) ثانية^-1.

تحتوي كل عقدة أجهزة على بت كمومي واحد من أيون الباريوم ¹³⁸Ba⁺ محصور في مصيدة باول رباعية الأقطاب (Paul trap). يعمل مجال مغناطيسي ساكن بقوة 4.2446(2) غاوس على إزالة انحطاط الحالة الأرضية، محدّدًا مستويات البت الكمومي زيمان ∣↓⟩ و∣↑⟩ بتردد انشقاق ω₀=2π×11.8964(5) ميغاهرتز. تعمل نبضة ليزر مدتها 3 بيكو ثانية على إثارة الأيونات في وقت واحد، مما يؤدي إلى سلسلة انبعاث تلقائي عند طول موجي 493 نانومتر، مولّدة حالات أيون-فوتون متشابكة بمتوسط دقة 0.983(1). تنتقل الفوتونات المفردة المنبعثة عبر شبكة ألياف ضوئية إلى المولّد المركزي، حيث تعمل مصفوفة من الصفائح الموجية على محاذاة استقطابها إلى أساس أفقي/رأسي مشترك، ثم يتم إجراء تداخل ثنائي عند مقسمات الحزمة المستقطبة. يؤدي الكشف الثلاثي المتزامن على ستة كاشفات ضوئية ثنائية الانهيار جليدي إلى محو معلومات "مسار" الفوتون، معلنًا عن حالة التشابك للذاكرة الذرية المستهدفة.

يشير تحليل القيود التشغيلية للنظام إلى أن المصادر الرئيسية لعدم دقة الحالة هي خلط الاستقطاب (0.037) وعدم تطابق النمط المكاني (<0.03). يساهم التراجع الحركي الناجم عن ارتداد الفوتون ضمن نافذة إعلان مدتها 50 نانو ثانية في عدم دقة إضافية مقدارها 0.03، بينما يُدخل إعداد تحضير الحالة وقياسها (SPAM) معدل خطأ يبلغ 0.015. تتراوح كفاءة جمع الفوتون المفرد الصافية من طرف إلى طرف للعقد الثلاث (p_i) بين 0.0074 و0.0145. تُحدد هذه القيود الكفائية بانحراف اقتران الألياف البصرية والتسخين الناتج عن الارتداد المتراكم خلال دورات التشابك المتكررة التي تبلغ مدتها 1 ميكرو ثانية، مما يستلزم حاليًا انقطاعًا دوريًا لإجراء التبريد دوبلر.

استُخدمت هذه الشبكة ثلاثية العقد لإجراء اختبار حتمي لعدم المحلية الكمومية عبر قياس معامل ميرمين (Mermin) البالغ 3.203(45)، منتهكة الحد الأعلى الكلاسيكي للمتغيرات المحلية الخفية ≤2 بمقدار 27 انحرافًا معياريًا. تم تحليل حالات البت الكمومي عن طريق دفع نبضة ليزر π بطول موجي 1762 نانومتر لنقل إشغال الحالة ∣↓⟩ إلى مستوى الطاقة ²D_5/2 المستهدف، ثم التصوير الفلوري تحت إضاءة مشتركة بطول موجي 493 نانومتر و650 نانومتر. نظرًا لكفاءة قراءة الحالة العالية للأيونات المحصورة (>99.7%)، أغلقت هذه التجربة ثغرة الكشف. يمثل هذا التحقق من انتهاك متباينة ميرمين متعددة العقد باستخدام ذاكرات ذرية بعيدة وقابلة للعنونة بشكل مستقل (بدلاً من الوسائط الفوتونية البحتة أو الوسائط الجماعية).

يرسم تحقيق التشابك الثلاثي الموزع بالكامل مسارًا هندسيًا لأنظمة الحوسبة الكمومية المعيارية. لا يحاول نموذج البنية التحتية هذا توسيع قدرة المعالجة داخل تجويف مفرغ واحد متكامل، بل يربط عقد معالجة كمومية محلية مختلفة عبر وصلات ضوئية لتوزيع أعباء العمل الحسابية. يُنشئ التوليد الجاهز للأحداث لهذه الحالات الموزعة إطارًا أساسيًا للبروتوكولات التشفيرية متعددة الأطراف، والمشاركة الآمنة للأسرار الكمومية، وشبكات الاستشعار الكمومية الموزعة باستخدام العقد الذرية المترابطة.

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com