איור 1. פוטון האות, המטופל על ידי המעגל הפוטוני המשולב, יוצר קודיט 4D המיוצג על ידי קבוצת הכדורים הכתומים. בינתיים, הפוטון הסרק, המיוצג על ידי הכדור הכחול, פועל כשלט רחוק עבור פוטון האות.
קרדיט: Haoqi Zhao, Yichi Zhang, Zihe Gao, Jieun Yim, Shuang Wu, Natalia M. Litchinitser, Li Ge, Liang Feng, עריכה
חוקרים פיתחו שיטה פורצת דרך להעברת מידע קוונטי באמצעות חלקיקי אור הנקראים qudits, המנצלים את המצב המרחבי ומאפייני הקיטוב כדי לאפשר העברת נתונים מהירה ומאובטחת יותר ועמידות מוגברת לשגיאות.
טכנולוגיה זו יכולה לשפר מאוד את היכולות של אינטרנט קוונטי, לספק תקשורת מאובטחת למרחקים ארוכים ולהוביל לפיתוח מחשבים קוונטיים רבי עוצמה והצפנה בלתי שבירה.
מדענים עשו פריצת דרך משמעותית ביצירת שיטה חדשה להעברת מידע קוונטי באמצעות חלקיקי אור הנקראים qudits. קווים אלה מבטיחים אינטרנט קוונטי עתידי שהוא גם מאובטח וגם חזק.
באופן מסורתי, מידע קוונטי מקודד על קיוביטים, שיכולים להתקיים במצב של 0, 1 או שניהם בו-זמנית (סופרפוזיציה). איכות זו הופכת אותם לאידיאליים לחישובים מורכבים אך מגבילה את כמות הנתונים שהם יכולים לשאת בתקשורת. לעומת זאת, qudits יכולים לקודד מידע בממדים גבוהים יותר, ולשדר יותר נתונים במכה אחת.
קוביטס מול קודיטס
קוויביטים וקוודיטים הם שניהם יחידות של מידע קוונטי, אך הם שונים בעיקר ביכולתם להחזיק מידע. קיוביט, היחידה הבסיסית בשימוש מחשוב קוונטי, יכול להתקיים בשני מצבים בו זמנית עקב סופרפוזיציה קוונטית, המיוצגת בדרך כלל כ-0 ו-1, כמו הביטים במחשוב קלאסי. זה מאפשר לו לבצע חישובים מורכבים ביעילות רבה יותר מביטים קלאסיים.
Qudits, לעומת זאת, הם הכללה של קיוביטים ויכולים להתקיים בהם ד קובע בו זמנית, איפה ד > 2. הממדיות הגבוהה הזו מאפשרת ל-Qudits להחזיק יותר מידע מאשר qudits, מה שעלול להוביל לעיבוד נתונים ותקשורת יעילים יותר במערכות קוונטיות, מכיוון שהם יכולים לבצע פעולות שידרשו קיוביטים מרובים עם פחות qudits, הגדלת היעילות והפחתת המורכבות באלגוריתמים קוונטיים. .
מינוף מאפייני אור עבור Qudits מתקדמות
הטכניקה החדשה רותמת שתי תכונות של אור – מצב מרחבי וקיטוב – ליצירת קוודיטים ארבעה מימדיים. קווים אלה בנויים על שבב מיוחד המאפשר מניפולציה מדויקת. מניפולציה זו מתורגמת לקצבי העברת נתונים מהירים יותר ולהתנגדות מוגברת לשגיאות בהשוואה לשיטות קונבנציונליות.
אחד היתרונות המרכזיים של גישה זו הוא היכולת של ה-Qudits לשמור על התכונות הקוונטיות שלהם למרחקים ארוכים. זה הופך אותם למושלמים עבור יישומים כמו תקשורת קוונטית מבוססת לוויין, שבהם הנתונים צריכים לעבור מרחקים עצומים מבלי לאבד את שלמותם.
איור 2. (א) מטריצות הצפיפות שנשלפו בניסוי (שורה עליונה) וחזו תיאורטית (שורה תחתונה) של שני מצבים קוונטיים נבחרים. (ב) מטריצת הסתברות לזיהוי באופן תיאורטי (פאנל שמאל) ואחזר ניסיוני (פאנל ימין). קרדיט: Haoqi Zhao, Yichi Zhang, Zihe Gao, Jieun Yim, Shuang Wu, Natalia M. Litchinitser, Li Ge, and Liang Feng
מנגנון ההסתבכות הקוונטית
התהליך מתחיל ביצירת מצב סבוך מיוחד באמצעות שני פוטונים. הסתבכות היא תופעה שבה שני חלקיקים מתחברים, חולקים את אותו גורל ללא קשר להפרדה פיזית. במקרה הזה, אחד פוטון (פוטון האות) עובר מניפולציה על השבב כדי ליצור qudit 4D באמצעות המצב המרחבי והקיטוב שלו. הפוטון השני (פוטון סרק) נשאר ללא שינוי ופועל כשלט רחוק עבור פוטון האות (איור 1).
על ידי מניפולציה של הפוטון הבטל, מדענים יכולים לשלוט במצב של פוטון האות ולקודד עליו מידע (איור 2).
פוטנציאל עתידי של טכנולוגיית Quantum Qudit
לשיטה חדשה זו יש פוטנציאל לחולל מהפכה בתחום התקשורת הקוונטית. זה סולל את הדרך לאינטרנט קוונטי מהיר שיכול להעביר כמויות אדירות של נתונים בצורה מאובטחת למרחקים ארוכים. בנוסף, זה יכול להוביל לפיתוח של פרוטוקולי הצפנה בלתי שבירים ולתרום ליצירת מחשבים קוונטיים רבי עוצמה המסוגלים להתמודד עם בעיות מעבר להישג ידם של מחשבים קלאסיים.
החוקרים מתמקדים כעת בשיפור דיוק של ה-Qudits והגדלת הטכנולוגיה כדי להתמודד עם ממדים גבוהים עוד יותר. הם מאמינים שלגישה זו יש פוטנציאל לחולל מהפכה בתקשורת הקוונטית.
