به انتقال یک ماده از یک نقطه به نقطه‌ی دیگر بدون عبور از فضای فیزیکی ما بین آن‌ها teleportation می‌گویند.

«Beam me up» مشهورترین عبارت‌ سری فیلم‌های Star Trek است. این دستور هنگامی صادر می‌شود که یک شخصیت می‌خواهد از یک مکان دور افتاده به شرکت Starship بازگردد.

در حالی که انتقال انسان به صورت  teleportation فقط در داستان‌های علمی تخیلی وجود دارد، این نوع انتقال در دنیای کوانتومی امکان پذیر است؛ البته نه به شکلی که معمولاً در تلویزیون نمایش داده می‌شود. در دنیای کوانتومی teleportation به معنای انتقال اطلاعات است و نه انتقال ماده.

سال گذشته دانشمندان تأیید کردند که حتی اگر فوتون‌ها به لحاظ فیزیکی به هم متصل نباشند، می‌توان اطلاعات بین آن‌ها را روی تراشه‌های کامپیوتر جابجا کرد. طبق تحقیقات جدید در دانشگاه روچستر و دانشگاه پوردو، teleportation بین الکترون‌ها هم می‌تواند امکان‌پذیر باشد.

در مقاله‌ای که در Nature Communications و مقاله‌ٔ دیگری که Physical Review X منتشر شده‌است، محققان از جمله جان نیکل و اندرو جردن، استادیار و استاد فیزیک دانشگاه روچستر، روش‌های جدیدی برای ایجاد تعامل بین الکترون‌های دور از هم در مکانیک کوانتومی کشف کرده‌اند. این تحقیق گام مهمی در بهبود محاسبات کوانتومی است که می‌تواند با ارائه‌ٔ پردازنده‌ها و حسگرهای سریع‌تر و کارآمدتر، انقلابی در فناوری و پزشکی ایجاد کند.

اقدام شبح‌وار از راه دور

انتقال کوانتومی بیانی از آنچه آلبرت انیشتین گفته‌بود -اقدام شبح‌وار از راه دور- است، که به عنوان درهم‌تنیدگی کوانتومی نیز شناخته می‌شود. درهم‌تنیدگی -یکی از اساسی‌ترین مفاهیم فیزیک کوانتومی- بیان می‌کند که خواص یک ذره روی خواص ذره‌ٔ دیگر تأثیر می‌گذارد، حتی اگر ذرات با فاصله زیاد از هم باشند.

انتقال کوانتومی وسیله‌ٔ مهمی برای انتقال اطلاعات در محاسبات کوانتومی است. در حالی که یک کامپیوتر معمولی از میلیاردها ترانزیستور به نام بیت تشکیل شده‌ است، کامپیوترهای کوانتومی اطلاعات را در بیت‌های کوانتومی (qubits) رمزگذاری می‌کنند. بیت یک مقدار دودویی دارد که می‌تواند “۰” یا “۱” باشد، اما کوبیت (qubits) می‌توانند همزمان “۰” و “۱” باشد. توانایی کوبیت‌ها برای اشغال همزمان چندین حالت، نشان‌دهنده‌ٔ قدرت بالقوه و زیاد کامپیوترهای کوانتومی است.

دانشمندان اخیراً از فوتون‌های الکترومغناطیسی، برای ایجاد جفت‌های دور از هم و درهم‌تنیده‌ٔ کوبیت و ایجاد انتقال کوانتومی استفاده کرده‌اند. کوبیت‌های ساخته شده از الکترون‌ها همچنین برای انتقال اطلاعات در نیمه‌هادی‌ها نویدبخش هستند.

نیکل می‌گوید: الکترون‌ها برای ساخت کوبیت بسیار نویدبخش هستند زیرا خیلی راحت با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند و قطعات الکترونیکی مجزا در نیمه‌هادی‌ها نیز مقیاس‌پذیر هستند. ایجاد تعامل بین الکترون‌های دور از هم برای محاسبات کوانتومی ضروری است. ایجاد جفت‌های درهم‌تنیده الکترون که از هم فاصله دارند و برای انتقال نیاز است،  بسیار چالش برانگیز است. اگرچه فوتون‌ها به طور طبیعی در مسافت های طولانی پخش می‌شوند، اما معمولاً الکترون‌ها در یک مکان محدود می‌مانند.

جفت الکترون درهم‌تنیده

به منظور نشان دادن انتقال کوانتومی با استفاده از الکترون‌ها، محققان از تکنیکی که اخیراً  براساس اصول اتصال جابجایی هایزنبرگ توسعه یافته‌است؛ استفاده کردند. یک الکترون مانند یک آهنربای میله‌ای با قطب شمال و قطب جنوب است که می‌تواند به سمت بالا یا پایین حرکت کند. جهت قطب به عنوان لحظه‌ٔ مغناطیسی الکترونی یا حالت چرخش کوانتومی شناخته می‌شود. اگر انواع خاصی از ذرات لحظه‌ٔ مغناطیسی یکسانی داشته باشند، در همان زمان نمی‌توانند در یک مکان باشند. یعنی دو الکترون در حالت کوانتومی یکسان نمی‌توانند بر روی یکدیگر قرار بگیرند. اگر در این حالت باشند سریعاً در موقعیت مخالف یکدیگر قرار می‌گیرند.

محققان از این تکنیک برای توزیع جفت الکترون‌های درهم‌تنیده و انتقال حالت چرخش آن‌ها استفاده کردند. نیکل می‌گوید: ما شواهدی برای “تعویض درهم‌تنیدگی” ارائه می‌دهیم که در آن بین دو الکترون تعامل ایجاد می کنیم حتی اگر ذرات هرگز در تعامل نبوده‌اند . انتقال کوانتومی یک روش بالقوه مفید برای محاسبات کوانتومی با استفاده از انتقال کوانتمی است. کار ما نشان می‌دهد که حتی بدون فوتون هم می‌توان این کار را انجام داد.

این نتایج راه را برای تحقیقات آینده در مورد انتقال کوانتومی مواد، نه فقط فوتون‌ها، فراهم می‌کند و شواهد بیشتری را در مورد قابلیت‌های شگفت‌انگیز الکترون‌ها درکوبیت‌های نیمه‌هادی ارائه می‌دهد.

منبع: University of Rochester

لینک مقاله: nature