تحولی شگرف در رایانه های کوانتومی با استفاده از نورهای لیزری جدید

هنگامی که عناصر مختلفی همچون هیدروژن یا اکسیژن در کنار یکدیگر قرار بگیرند این امکان وجود دارد که بین آن‌ها پیوندهای دوگانه و سه گانه ایجاد شود. به عنوان مثال می‌توان به تشکیل O2 (اکسیژن) و O3 (اوزون) اشاره کرد. فوتون‌ها همانند فانتوم‌ها می‌توانند از کنار یکدیگر عبور کنند بدون اینکه اثری بر یکدیگر بگذارند. این مسأله بدان خاطر است که فوتون‌ها دارای جرم یا بار نیستند. این مسأله در حالی رخ می‌دهد که فوتون‌ها قادرند در قالب پرتوهای ایکس و گاما انرژی بسیار زیادی را جذب کنند.

برای گردآوری فوتون‌ها در کنار یکدیگر، محققان یک پرتوی لیزری ضعیف را از ابرهای متراکم اتم‌های روبیدیوم عبور دادند تا بدین وسیله اتم‌های روبیدیوم را تا نزدیکی نقطه‌ی صفر مطلق خنک کنند و آن‌ها را به حالت ایستا درآورند. پس از انجام این آزمایش، فوتون‌ها به جای اینکه به صورت آزاد و بدون بر هم کنش ظاهر شوند، شروع به تشکیل خوشه‌های دوگانه یا سه گانه کردند و بدین صورت یک در هم تنیدگی کوانتومی به وجود آمد. علاوه بر این، فوتون‌های سبک‌تر کسری از جرم الکترون را به دست آوردند.

فوتون‌های سنگین‌تر هم نسبت به فوتون‌های سبک، کندتر عمل کردند. این فوتون‌ها به جای اینکه با سرعت 186000 مایل در ثانیه در حرکت باشند، با سرعتی 100000 برابر کمتر از ماشین Tesla Roadster ساخت شرکت Falcon Heavy حرکت کردند.

استفاده از نورهای لیرزی در صنعت فیلم‌سازی. محققان معتقدند که استفاده از فوتون‌ها در ساخت رایانه های کوانتومی نیز می‌تواند تحولی شگرف در این صنعت به وجود آورد.

هنگام عبور نور لیزری از اتم‌های بی میل روبیدیوم، فوتون‌ها مقداری انرژی مبادله می‌کنند. با این حال به دلیل پدیده‌ای به نام محاصره ریدبرگ، اتم‌های مجاور چندان برانگیخته نمی‌شوند. در این حالت اتم کمتر برانگیخته شده و فوتون، یک هیبرید به نام پلاریتون را تشکیل می‌دهند. فوتون‌ها همانطور که بین پلاریتون‌ها در حال حرکت هستند بر یکدیگر اثر می‌گذارند. حتی برخی از آن‌ها هنگام خروج از ابر متراکم همچنان به یکدیگر متصل هستند. وقوع تمامی این اتفاقات در مقیاس کوانتومی تنها یک میلیونم ثانیه زمان می‌برد.

البته پیش‌تر هم دانشمندانی از همین تیم تحقیقاتی موفق شده بودند که بین فوتون‌ها پیوندهای دوگانه برقرار کنند. با این حال، ایجاد شرایطی که در آن سه فوتون بتوانند بر یکدیگر اثر بگذارند برای اولین بار با استفاده از کشفیات جدید محقق شده است.

دانشمندان علم فیزیک تنها کسانی نیستند که نسبت به این اکتشاف هیجان زده هستند. چرا که از این پدیده می‌توان در ساخت نوع جدیدی از رایانه های کوانتومی استفاده کرد و از آن‌ها برای رمزنگاری کدها و حل معادلات پیچیده بهره برد. اساساً خوشه‌های فوتونی سه گانه به شکلی در هم تنیده شده‌اند که می‌توان از آن‌ها در پردازنده‌های "کوبیت" برای انتقال اطلاعات در فواصل طولانی استفاده کرد. حضور فوتون‌های در هم تنیده ساخت و ایجاد سیستم‌های سریع‌تر و قدرتمندتر را امکان‌پذیر می‌سازد.

ولادان ولنتیک، استاد دانشگاه MIT و یکی از سرپرست‌های این تیم تحقیقاتی در این باره می‌گوید:

فراهم آوردن شرایطی برای ایجاد خوشه‌های فوتونی و اثرگذاری آن‌ها بر یکدیگر، رؤیایی است که دهه‌ها وجود داشته است.