|
Σύμφωνα με μια πρόσφατη έρευνα, οι κβαντικές κουκίδες - μικροσκοπικές
συστάδες ατόμων - μπορούν να είναι άριστα μέσα για την κβαντική τηλεμεταφορά,
ένα φαινόμενο της φυσικής στο οποίο οι πληροφορίες - υπό μορφή μιας κβαντικής
κατάστασης με πολύ συγκεκριμένη μαθηματική "υπογραφή" σε ένα άτομο - μπορούν
να διαβιβαστούν σχεδόν στιγμιαία σε μια απόμακρη θέση, χωρίς να πρέπει να
ταξιδέψουν με φυσικό τρόπο στον χώρο. Η τηλεμεταφορά είναι ένας κλάδος της
κβαντικής επιστήμης των πληροφοριών, ένας αναπτυσσόμενος τομέας που θα μπορούσε
να ασκήσει σημαντική επίδραση στον υπολογισμό και τις επικοινωνίες.
Εδώ, οι ερευνητές εστιάζονται στις ημιαγωγικές κβαντικές κουκίδες
που περιέχουν μόνο χίλια άτομα ενός ημιαγωγικού στοιχείου, όπως για παράδειγμα
το πυρίτιο, ενώ έχουν διάμετρο πολύ μικρή, της τάξης του νανόμετρου. Αναφέρονται
συχνά ως "τεχνητά άτομα" επειδή η συμπεριφορά τους μπορεί να είναι αρκετά
παρόμοια με ένα απλό άτομο.
Παραδείγματος χάριν, τα ηλεκτρόνια μιας ημιαγωγικής κβαντικής κουκίδας μπορούν
να περιοριστούν με έναν τρόπο παρόμοιο με αυτόν που τα ηλεκτρόνια ενός απλού
ατόμου είναι συνδεδεμένα. Επομένως, μια κβαντική κουκίδα μπορεί να περιγραφεί
από μια ενιαία κβαντική κατάσταση, παρότι περιέχει εκατοντάδες ή χιλιάδες
άτομα.
Οι ερευνητές Leong Chuan Kwek και K.W. Choo του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου
Nanyang στη Σιγκαπούρη διαμόρφωσαν ένα σύστημα τηλεμεταφοράς που αποτελείται
από δύο κβαντικές κουκίδες. Αρχικά ερεύνησαν το πόσο θα επηρεαζόταν η πιστότητα
της διαδικασίας της τηλεμεταφοράς από την κβαντική "διεμπλοκή" - όταν δύο
ή περισσότερες κβαντικές καταστάσεις πρέπει να περιγραφούν η μία σε σχέση
με την άλλη, ακόμα και όταν είναι απομακρυσμένες στο χώρο.
Το μοντέλο τους αποκάλυψε ότι η διεμπλοκή των κουκίδων είναι ανάλογη με την
πιστότητα: όταν το ένα μέγεθος αυξάνεται, αυξάνεται και το άλλο. Οι Kwek και
Choo ανέπτυξαν έπειτα τις γενικές εξισώσεις που θα παρήγαν ένα κατάλληλο μαγνητικό
πεδίο, την απόσταση ανάμεσα στις κουκίδες, και μια θερμοκρασία (που όλα θα
εξαρτώνταν από το μέγεθος των κουκίδων και άλλων μεταβλητών), έτσι ώστε η
πιστότητα του συστήματος να ήταν καλύτερη από τη μέση πιστότητα των μη-κβαντικών
επικοινωνιών. ¶
"Η εργασία μας προσφέρει μερικές εκτιμήσεις για τον τρόπο που μπορούν να κατασκευαστούν
οι κβαντικές κουκίδες ανάλογα με τις μεταξύ τους αποστάσεις για τα πειράματα
στη θερμοκρασία δωματίου", λέει ο Kwek.
Ο ίδιος μαζί με τον Choo μελέτησαν επίσης πώς το σύστημα θα χειριζόταν την
αποσυνοχή (ή άρση της συνοχής - decoherence),
μια συχνά αναπόφευκτη αλληλεπίδραση ενός κβαντικού συστήματος με το περιβάλλον
του, που συμβαίνει με τη διαδικασία της μεταφοράς. Η άρση της συνοχής ή decoherence
είναι ένα σημαντικό ζήτημα που αντιμετωπίζει ο κβαντικός υπολογισμός. Εντούτοις,
δύο μοντέλα αποσυνοχής παρουσιάζουν, ότι το σύστημα με τις κβαντικές κουκίδες
θα μπορούσε να λειτουργήσει ακόμα και κάτω από μια μέτρια ποσότητα αποσυνοχής.
Τέλος, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το μοντέλο για να μελετήσουν
τη μεταφορά μιας κβαντικής κατάστασης ή μια ανταλλαγή των καταστάσεων μεταξύ
δύο κβαντικών κουκίδων, μια δυνατότητα απαραίτητη για την κβαντική επεξεργασία
των πληροφοριών. Οι ερευνητές όρισαν ότι μια "τέλεια" μεταφορά είναι δυνατή
αν χρησιμοποιήσουν ένα σύστημα τηλεμεταφοράς κβαντικών κουκίδων, που σημαίνει
ότι η μεταφερμένη κβαντική κατάσταση είναι ακριβώς η ίδια με την αρχική κβαντική
κατάσταση της πρώτης κουκίδας.
Διαδικασία της αποσυνοχής ή της άρσης
της συνοχής (decoherence): Η κατάρρευση της συμφασικής υπέρθεσης
ή η μετάβαση από την κλασσική στην κβαντική συμπεριφορά που εμφανίζεται όταν
αλληλεπιδρούν τα κβαντικά σωματίδια με το περιβάλλον.
|
