Wits universiteti fizikalari yorug'lik orqali uzatiladigan ma'lumotlar tartibsiz havo orqali butunlay shikastlanmagan holda o'tishi mumkinligini namoyish etdilar, hatto yorug'likning o'zi tanib bo'lmaydigan darajada buzilgan bo'lsa ham. Bu kashfiyot katta ahamiyatga ega, chunki u shunday ataladigan 'buzilmaydigan' kvant aloqa kanallarining yaratilishiga olib kelishi mumkin.
Kvant aloqasining mohiyati
Kvant aloqasi eng asosan har qanday tinglash urinishi yorug'lik signalini buzadi va iz qoldiradi, bu esa ma'lumotlarni sezmasdan ushlab olishni imkonsiz qiladi, deb qadrlanadi. Biroq, zamonaviy tizimlar har bir yorug'lik zarrachasida juda oz miqdorda ma'lumot uzatadi va optik tolalar yoki toza, tinch havoda optimal ishlaydi.
Wits jamoasi ob-havo sharoitlariga chidamli qilishga muvaffaq bo'lgan xususiyat yorug'likning bitta zarrachasining ancha ko'proq ma'lumot tashishiga va buni ochiq havoda amalga oshirishiga imkon beradi. Bu binolar orasida yoki oddiy bulutli kunda sun'iy yo'ldoshga kvant himoyalangan trafikni uzatish uchun juda muhimdir. Tadqiqotchilar zarrachalar o'rtasidagi nozik bog'liqliklarga tayanadigan kvant kompyuterlarini tarmoqda ulashishga to'sqinlik qiluvchi uni zaiflik muammosini hal qildilar.
Tadqiqot metodi: Topologiya
Ish natijalari seshanba kuni Physical Review Letters jurnalida nashr etildi. Bosh muallif, Wits Fizika maktabi tomonidan Tatiana Klein, Singapurdagi Nanyang Texnologiya universiteti va Italiyadagi Federico II Neapol universiteti hamkasblari bilan hamkorlik qildi. Ish yorug'likning 'spirali' yoki orbital burchak momenti sifatida tanilgan xususiyatiga e'tibor qaratadi. Yorug'lik burg'u kabi spiral shaklda oldinga harakatlanishi mumkin va bu spiraldagi aylanishlar soni ma'lumotni kodlash uchun ishlatiladi.
Chunki nurlashga berilishi mumkin bo'lgan aylanishlar soni uchun amaliy chegarani yo'q, bu muhandislarga oddiy yoqilgan-o'chirilgan impulslardan ancha ko'proq belgilar to'plamini beradi, bu esa har bir fotonda ko'proq ma'lumot uzatish imkonini beradi. Muammo shundaki, bu spiral juda sezgir: atmosferadan, yomon ob-havodan yoki suvdan o'tganida uning naqshlari deyarli darhol buziladi, bu esa bu g'oyani o'nlab yillar davomida laboratoriyada ushlab turdi.
Topologik xususiyatlardan foydalanish
Wits jamoasi yorug'lik shaklini himoya qilish urinishlaridan voz kechdi va buning o'rniga undagi narsaga — uning topologiyasiga e'tibor qaratdi. Topologiya — bu obyektning cho'zilishi, siqilishi yoki deformatsiyasi munosabatingiz qanday saqlanib qolishini o'rganuvchi matematika sohasi sifatida aniqlanadi. Masalan, ipdagi tugun, ipni siljitganingiz yoki loyga tashlaganingizda ham tugun bo'lib qoladi.
Bundan oldin fiziklar yorug'likda topologik tuzilmani yaratish uchun faqat yorug'likning mustahkam xususiyatlaridan foydalanish kerak deb taxmin qilishgan. Wits guruhi quyidagi savolni qo'ydi: agar biz zaif spiral asosida tuzilma qursak, nima sodir bo'ladi? Ularni amaliy fikr ilhomlantirdi: bunday spiral tuzilmalar kvant yorug'ligi yaratilganda o'z-o'zidan paydo bo'ladi, shuning uchun topologiya qo'shimcha muhandislik harakati talab etilmay, 'bepul' olinadi.
Gipotezani tekshirish uchun jamoa bir-biriga bog'langan foton juftliklarini — masofa qaramay xususiyatlari bog'liq bo'lib qoladigan yorug'lik zarrachalari — turli darajadagi tartibsizlikkan kanal orqali yubordi va natijani o'lchadi. Spiral naqshlari jiddiy yomonlashgan bo'lsa-da, va fotonlar o'rtasidagi bog'liqlik zaiflashgan bo'lsa-da, kutilganidek, topologik son, yoki 'tugunlar hisobi' o'zgarmas qoldi. Klein shunday dedi: 'Biz ekstremal tartibsizlikda jismoniy naqshlarning buzilishini kuzatdik va an'anaviy kvant aloqasi kuchli yomonlashish nuqtasiga yetdi. Biroq, topologiya dastlab o'z-o'ziga bog'liqlikka joylashtirilganligi sababli, u butunlay shikastlanmagan edi.'
Wits Fizika maktabi Strukturlangan yorug'lik laboratoriyasi rahbari va maqolaning tegishli muallifi Professor Andrew Forbes: 'Endi bizga bu katta fazoviy modlar alifbosiga yana kirish imkoniyati bor, agar biz holatga emas, balki topologiyaga qaratsak.'
Kashfiyotning ahamiyati va cheklovlari
Forbes Janubiy Afrikadagi kvant sa'y-harakatlarining asosiy shaxsi hisoblanadi. U milliy kvant texnologiyalari yo'l xaritasi ishlab chiqishni boshqarib keldi va uning laboratoriyasi Janubiy Afrikadagi kvant texnologiyalari tashabbusining birinchi mahsuloti bo'lgan Button Optics ni chiqarib berdi. Muhim jihat shundaki, bu shahar orqali ishlaydigan faol aloqa liniyasi emas, balki tartibga solingan tartibsizlik bilan nazorat qilingan tajriba edi va topologik sonni o'qish qobiliyati hali u yordamida xabar yuborish imkoniyatiga teng emas. Aloqa uchun mos keladigan protokolni ishlab chiqish va sinovdan o'tkazish zarur.
Mualliflar o'z natijalarini universitet press-relizidan ko'ra kamroq baholashib, uni ' shovqinli kanallarda OAM bog'liqligidan foydalanishning yangi perspektivasi' deb atashib, bu boshqa fazoviy bazalar va kanallarga tarqalishi mumkinligini taxmin qilishmoqda. Agar bu rost bo'lsa, bu janubiy afrikalik tadqiqotchilar ogohlantirgan soha — matematik emas, balki fizika bilan himoyalangan aloqa, shifrlash banklar va muhim infratuzilmalarni himoya qilayotgan paytda yakunlanmoqda. Janubiy Afrikadan yanada uzoqroq kvant ulanishlari namoyish etilmoqda, jumladan oktyabr 2024 yili Peking va Stellenbosch orasidagi 12 900 km masofali sun'iy yo'ldosh kanali.
