جابجایی از مسافت دور، اما به شیوه ای نوین ( جابجایی کوانتومی )

جابجایی در فاصله های دور به شیوه ی کوانتومی موضوع جالبی به نظر می رسد، به ویژه با فضاپیماهایی که می توانند فواصل میان ستارگان را به سرعت بپیمایند، اما این رویا هیچ گاه به واقعیت نپیوست. این فناوری هیچ گاه نتوانست بیشتر از جابجاکردن چند فوتون، آن هم در مسافتی کوتاه به توفیق جالب توجهی دست یابد

. اما اینک سامانه ای طراحی شده است که می تواند به گونه ای بالقوه هزاران ذره ی اساسی را بدون هیچ گونه بن بست کوانتومی در فواصل دور جابجا کند.

جابجایی در فواصل دور، اغلب به فرایندی اطلاق می شود که مبتنی بر تماس کوانتومی است که طی آن دو ذره بدون در نظر گرفتن فاصله ی میان آن ها به یکدیگر متصل می شوند، به گونه ای که هر تغییری در وضعیت یکی از آن ها سبب تغییر در وضعیت ذره ی دیگر می شود. با این وجود، ذرات تماس یافته، از نظر آماده سازی و سروکار پیدا کردن با آن ها به نظر دشوار می رسند و به همین دلیل محدودیت هایی بر جابجایی در مسافت های دور، به شیوه ی کوانتومی تحمیل می کنند.

هم اینک گروهی به رهبری فیزیکدان، اشتون بردلی در مرکز شورای تحقیقات استرالیا سرگرم فعالیت است. او در بخش کیفیت اپتیک اتم و کوانتوم این شورا واقع در شهر بریسبین تکنیکی را پیشنهاد کرده است که به طور کامل از تماس کوانتومی بی نیاز است. بردلی می گوید: “ما سرگرم گفتگو پیرامون طیفی متشکل از ۵ هزار ذره هستیم که از یک محل ناپدید شده و در جای دیگری ظاهر می شوند. ما احساس می کنیم که طرح ما از نظر مفهومی به معنای نخستین افسانه ای آن نزدیک است.” در حالی که این تکنیک می تواند اطلاعات کوانتومی را به صورت طیف منتقل کند، به خودی خود متکی به ویژگی های کوانتومی ذرات نیست، بنابراین، کار گروه یاد شده روش جدید جابجایی در فواصل دور را به عنوان یک روش کلاسیک مطرح ساخته است.

آن ها به طور اتفاقی با این اندیشه برخورد کردند. بردلی می گوید: “ما به دنبال راهی برای سنجش دقیق ویژگی های کوانتومی یک طیف اتمی بودیم، به ویژه هنگامی که دریافتیم می توانیم به شکل موثری از این تکنیک برای جابجایی ماده استفاده کنیم.”
آن ها در روش خود از طیفی از اتم های دوبیدیوم استفاده می کردند که به داخل یک ابزار ارسال کننده شلیک می شد که آن نیز خود از اتم های روبیدیوم ساخته شده بود. در همین حال، یک پالس لیزری کنترل کننده در این ارسال کننده شلیک می شد. این پرتوی لیزری اتم های در حال ورود از سوی طیف دوبیدیوم را جذب می کرد و آن ها را به صورت یک انرژی پرقدرت نمایان می ساخت. اگر ارسال کننده از ماده ای معمولی ساخته می شد، اغلب اتم های ورودی تنها این انرژی زیاد را با آزاد کردن فوتون ها در تمامی جهات از دست می دادند.
سیمون هین، یکی از اعضای کار گروه می گوید: “این روش در صورتی که شما امیدوار می بودید که پرتوی مادی را بازسازی کنید، زیاد مورد استفاده قرار نمی گرفت.” تنظیمات گروه از پراکنده شدن ذرات با ساختن ارسال کننده از اتم های روبیدیوم جلوگیری می کرد، به ویژه در دمای پایین که به اصطلاح چگالی بوس ـ انیشتین نامیده می شود. در چنین چگالی، تمامی اتم ها در پایین ترین سطح ممکن کوانتومی قرار می گیرند. هین می گوید: "هنگامی که دسته ای از اتم های جدید از پرتوی مادی با این چگالی برخورد کنند، برای پیوستن به آن، از خود علاقه نشان می دهند، اما تنها می توانند این کار را با ریختن انرژی بیشتر هنگامی که فوتون ها در قالب یک پالس کاملاً مستقیم آزاد می شوند، انجام دهند."
این پالس خروج از نور می تواند به درون یک فیبر نوری انتقال یابد و با خود تمامی اطلاعات مربوط به پرتوی مادی اولیه را حمل کند، از جمله تعداد اتم هایی را که در بردارد، شدت و انرژی آن ها نیز ویژگی های کوانتومی آن ها مانند مرحله ای که در آن قرار دارند. بردلی می گوید: "تنها محدودیت در خصوص این که این پالس ارسالی تا چه اندازه می تواند فواصل را طی کند، طول فیبر نوری است که برای آن پیش بینی یا تدارک دیده شده است، ما می توانیم اطلاعات را به سرعت نور جابجا کنیم."
در این نظریه می توان گفت که ماده ای اولیه را می توان در مکانی دورتر از جایگاه نخستین آن بازسازی کرد و برای این کار پالس ارسالی به یک دریافت کننده ی چگالی یاد شده برخورد می کند که به وسیله ی یک پالس لیزری کنترل کننده ی ثانوی کنترل می شود. محاسبات گروه پژوهش که پیشتر ذکر آن به میان آمد، نشان می دهد هنگامی که یک پالس ارسالی با دریافت کننده برخورد می کند، اتم های آن دستخوش حالت برانگیختگی می شوند و یک پرتو مادی ثانویه را از خود بروز می دهند که ویژگی های آن متناسب با ماده ی نخستین است.
جان کلوز، کارشناس فیزیک لیزر در دانشگاه ملی استرالیا در کانبرا تحت تاثیر این نوآوری قرار گرفته است. او می گوید: "استفاده از حالت های اتمی تماس یافته اقدامی کاملاً متمایز در مقام مقایسه با فناوری های پیشین به نظر می رسد." او می خواهد آزمایشی را به منظور سنجش این سامانه ترتیب دهد، اما برآورد می کند که این کار دست کم به ۴ سال زمان نیاز دارد.
وارویک بوون، کارشناس اپتیک کوانتومی در دانشگاه اوتاگو در زلاندنو معتقد است، این روش برای بر پا ساختن شبکه هایی از رایانه های کوانتومی مفید است. او می گوید: "این سامانه ای است که می تواند وضعیت یک سامانه ی اتمی را به یک سامانه ی نوری منتقل کند و سپس به سوی یک سامانه ی اتمی ثانویه باز گردد ـ این شرط کلیدی شبکه های اطلاعاتی کوانتومی است."