در دنیای شگفتانگیز مکانیک کوانتوم، درهمتنیدگی یک ستارهی درخشان است. این همان ارتباط «شبحوار» است که به دو ذره اجازه میدهد بدون توجه به فاصله، به یکدیگر متصل باشند. اما برای اینکه این ارتباط در فناوریهایی مانند محاسبات کوانتومی و ارتباطات غیرقابل هک مفید باشد، باید کاملاً شفاف و خالص باشد. مشکل اینجاست که در دنیای واقعی، این پیوندها اغلب «نویزی» یا آشفته میشوند. پس چگونه میتوانیم آنها را پاکسازی کنیم؟ 🤔
اینجاست که تقطیر درهمتنیدگی وارد میدان میشود. این فرآیند را میتوان به عنوان یک روش خالصسازی پیشرفته برای حالتهای کوانتومی در نظر گرفت. دانشمندان چندین نسخه از یک حالت درهمتنیدهی ضعیف و نویزی را برمیدارند و از طریق مجموعهای از عملیات موضعی هوشمندانه و ارتباطات کلاسیک (فرآیندی موسوم به LOCC)، تعداد کمتری از حالتهای کاملاً خالص و حداکثر درهمتنیده را «تقطیر» میکنند. این کار شبیه تبدیل آب گلآلود به چند قطره آب کاملاً خالص است.
اخیراً، تیمی از پژوهشگران دانشگاه بیهانگ—زیهوا سونگ، لین چن و یونگگه وانگ—گام بزرگی در این زمینه برداشتهاند. کار آنها فراتر از سیستمهای دو سطحی معمول (کیوبیتها) رفته و به چالشی پیچیدهتر پرداخته است: حالتهای دو-کیوتریتی متقارن با رتبه پنج. یک کیوتریت، برخلاف کیوبیت، میتواند در سه حالت (۰، ۱ یا ۲) وجود داشته باشد که ظرفیت اطلاعاتی بیشتری را فراهم میکند اما پیچیدگی بیشتری نیز به همراه دارد. جنبه «رتبه پنج» نیز نشاندهنده درجه بالایی از درهمآمیختگی یا نویز در حالت است.
هستهی اصلی کشف آنها در شناسایی شرایط ریاضی دقیقی نهفته است که تحت آن این حالتهای پیچیده میتوانند با موفقیت تقطیر شوند. آنها دریافتند که قابلیت تقطیر به فواصل مشخصی از ویژهمقادیر حالتها بستگی دارد—ویژگیهای بنیادی که سیستم کوانتومی را توصیف میکنند. با دستکاری این ویژهمقادیر، آنها توانستند ثابت کنند که بسیاری از این حالتهای رتبه پنج «۱-تقطیرپذیر» هستند، به این معنی که درهمتنیدگی آنها تنها با یک نسخه از حالت اولیه قابل خالصسازی است.
جالبتر اینکه، تحقیقات آنها حالتی خاص را آشکار کرد که به نظر میرسد غیرقابل تقطیر است. این میتواند نمونهای از درهمتنیدگی مقید (bound entanglement) باشد، پدیدهای عجیب که در آن یک حالت واقعاً درهمتنیده است، اما درهمتنیدگی آن قابل استخراج یا استفاده برای کارهایی مانند دورنوردی کوانتومی نیست. این مانند داشتن پیامی در یک بطری است که هرگز نمیتوانید آن را باز کنید. کشف و درک این حالتهای مقید بسیار مهم است زیرا به تعریف مرزهای مطلق آنچه میتوانیم با ارتباطات کوانتومی به دست آوریم، کمک میکند.
این پژوهش جعبهابزار ما را برای دستکاری اطلاعات کوانتومی گسترش میدهد و یک نقشه راه واضحتر برای خالصسازی حالتهای درهمتنیدهی پیچیده و چندسطحی ارائه میکند که نسل بعدی فناوریهای کوانتومی را قدرت خواهند بخشید. این یک گام بنیادی به سوی ساخت شبکههای کوانتومی قویتر و قابل اعتمادتر است.
از منبع بیشتر بیاموزید: Quantum Zeitgeist