เครือข่ายไฟเบอร์แบบเดิมสามารถโฮสต์อินเทอร์เน็ตควอนตัมทั่วโลกได้หรือไม่?

นักวิจัยได้ส่งโฟตอนพัวพันหลายมิติผ่านไฟเบอร์ออปติกโหมดเดียวแบบธรรมดาที่ทำลายสถิติ 250 เมตร ผลลัพธ์จากทีมงานในแอฟริกาใต้และจีนนี้ชี้ให้เห็นว่าเครือข่ายไฟเบอร์แบบเดิมหรือแบบ “ดั้งเดิม” สามารถใช้เป็นท่อสำหรับการสื่อสารควอนตัมออปติคัลที่ปลอดภัยได้ ทำให้อินเทอร์เน็ตควอนตัมทั่วโลกเข้าใกล้ความเป็นจริงมากขึ้น

ข้อมูลในคอมพิวเตอร์ควอนตัมถูกจัดเก็บ

ในรูปแบบของควอนตัมบิตหรือ qubits ที่มีอยู่ในสถานะที่เรียกว่า “การซ้อนทับ” ของสองสถานะแทนที่จะเป็น 0 และ 1 แบบคลาสสิก อนุภาคควอนตัมที่ใช้ทำ qubits อาจกลายเป็น “พัวพัน” ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดกว่าที่ฟิสิกส์คลาสสิกอนุญาต ด้วยอนุภาคที่พัวพันกัน การรู้สถานะของอนุภาคหนึ่งจะเปิดเผยสถานะของอีกอนุภาคในทันที ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ช่วยให้ข้อมูลถูกส่งผ่านได้ทันทีระหว่างอนุภาคที่พัวพัน โดยไม่คำนึงถึงระยะห่าง

รูปที่ 2 วิทย์นักศึกษาปริญญาเอกของ Wits Isaac Nape จัดการทดลองพัวพันควอนตัม มารยาท: Wits Universityการขนส่งโฟตอนพันกัน เนื่องจากระบบควอนตัมถูกรบกวนโดยการวัดค่า บุคคลที่สามที่พยายามดักฟังการส่งสัญญาณควอนตัมดังกล่าวจึงถูกขัดขวางและไม่สามารถขโมยข้อมูลใดๆ ได้ คุณสมบัตินี้ทำให้การสื่อสารควอนตัมมีความปลอดภัยมากกว่าอินเทอร์เน็ตในปัจจุบัน แต่ยังมีความอ่อนไหวต่อการรบกวนอีกด้วย

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา นักวิจัยประสบความสำเร็จในการเข้ารหัสข้อมูลควอนตัมในโมเมนตัมเชิงมุมสปิน (หรือสถานะโพลาไรซ์) ของโฟตอน และส่งข้อมูลนี้ผ่านเส้นใยแก้วนำแสง สถานะเหล่านี้มีหนึ่ง qubit ต่อโฟตอน และสามารถขนส่งได้ในระยะทางไกล (มากกว่า 100 กม.) โดยใช้เทคโนโลยีไฟเบอร์แบบธรรมดา

อย่างไรก็ตาม อนุภาคควอนตัมทั้งหมด 

แม้แต่อนุภาคธรรมดาอย่างโฟตอน มีคุณสมบัติหรือสถานะโดยธรรมชาติมากกว่าหนึ่งอย่าง ความสามารถในการขนส่งหลายรัฐในเวลาเดียวกันจะเป็นขั้นตอนที่สำคัญสำหรับโปรโตคอลควอนตัมใด ๆ เนื่องจากจะทำให้โฟตอนแต่ละโฟตอนมีความจุข้อมูลที่สูงขึ้น

เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยได้ใช้ขั้นตอนที่สำคัญในทิศทางนี้โดยการเคลื่อนย้ายโพลาไรซ์ของโฟตอนและรูปแบบการบิดเชิงพื้นที่ของมันไปพร้อม ๆ กัน หรือโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร (OAM) ไปยังโฟตอนอื่นที่อยู่ห่างไกลออกไป อนุภาคทั้งสองพัวพันกับการหมุนและ OAM ของพวกมัน ก่อตัวเป็นเซตที่เรียกว่าไฮเปอร์เอนทาเกิล

การสื่อสารควอนตัมกับโหมดเชิงพื้นที่ของอนุภาคยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ในการศึกษาก่อนหน้านี้ ระยะการส่งสูงสุดที่รายงานสำหรับโฟตอนพัวพันหลายมิติถูกจำกัดให้น้อยกว่าหนึ่งเมตร ถึงอย่างนั้น นักวิจัยก็ยังต้องใช้เส้นใยมัลติโหมดแบบกำหนดเองที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ แทนที่จะเป็นเส้นใยโหมดเดี่ยวธรรมดาที่ประกอบเป็นเครือข่ายการสื่อสารระดับโลกสมัยใหม่

การขนส่งไฟเบอร์โหมดเดียว

นักวิจัยนำโดย Jian Wang จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี HuazhongและAndrew ForbesจากUniversity of the Witwatersrandกล่าวว่าพวกเขาอาจเอาชนะข้อจำกัดนี้ ในการตั้งค่า พวกเขาเข้าไปพัวพันกับโพลาไรซ์และ OAM ของคู่โฟตอน จากนั้นส่งโฟตอนที่จับคู่ตัวหนึ่งลงไปที่เส้นใยโหมดเดี่ยวธรรมดาในขณะที่ใช้โฟตอนอื่นเพื่อวัดรูปแบบ OAM นักวิจัยทำเช่นนี้โดยใช้เทคนิคโฮโลแกรมซึ่งตัวปรับแสงเชิงพื้นที่ (SLM) แสดงรูปแบบที่ยุบโฟตอนให้อยู่ในสถานะที่กำหนดเพื่อให้สามารถวัดได้

อินเทอร์เน็ตควอนตัมเข้ามาใกล้มากขึ้น

นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาสามารถอ่านรูปแบบ OAM ทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยการเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์ระหว่างการหมุนของโฟตอนและการเคลื่อนที่ของมัน (การจับคู่แบบสปิน – ออร์บิต) โดยแต่ละรูปแบบแสดงถึงสถานะที่พันกันต่างกัน พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถถ่ายโอนสถานะพัวพันหลายมิติผ่านไฟเบอร์โหมดเดียว 250 ม. ที่มีความเที่ยงตรงสูง

“การวิจัยของเราหันมาใช้สมมติฐานดั้งเดิมที่ว่าเส้นใยมัลติโหมดแบบกำหนดเองจะมีความจำเป็นในการขนส่งโฟตอนพัวพันที่มีอยู่ในหลายรัฐ” Wang และ Forbes รายงาน “โดยพื้นฐานแล้วจะแนะนำแนวคิดของการสื่อสารผ่านเครือข่ายใยแก้วนำแสงแบบเดิมที่มีสถานะพัวพันหลายมิติเหล่านี้และรวบรวมประโยชน์ของการสื่อสารควอนตัมที่มีอยู่ด้วยโฟตอนโพลาไรซ์โดยใช้รูปแบบของแสง”

ภาวะขาดออกซิเจนของเนื้องอก ซึ่งหมายถึงความดันบางส่วนของออกซิเจนในระดับต่ำ (pO 2 ) อาจทำให้เกิดการดื้อต่อการรักษาด้วยรังสี ความสามารถในการระบุลักษณะของเนื้องอกที่ขาดออกซิเจนสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการฉายรังสี แต่ขณะนี้ยังไม่มีวิธีการตรวจสอบการให้ออกซิเจนของเนื้องอกโดยไม่ลุกลามหรือไม่มีค่าเฉลี่ยทั่วทั้งรอยโรค

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ทีมงานที่ ศูนย์มะเร็ง Norris Cotton Cancer Centerของ Dartmouth-Hitchcock ได้พัฒนาวิธีการถ่ายภาพแบบใหม่ที่รวมเอาการดับสารเรืองแสงด้วยการกระตุ้นด้วยแสง Cherenkov ที่สร้างขึ้นภายในเนื้อเยื่อที่ฉายรังสีระหว่างการรักษาด้วยรังสี ตอนนี้พวกเขาได้ใช้วิธีการนี้ ซึ่งเรียกว่า Cherenkov ตื่นเต้นกับการถ่ายภาพเรืองแสง (CELI) – เพื่อสร้างภาพการกระจายออกซิเจนแบบไม่รุกรานในเนื้องอกของเมาส์ในระหว่างการฉายรังสี ( Nature Commun. 10.1038 / s41467-020-14415-9 )

สำหรับการศึกษาของพวกเขาBrian Pogueและทีมของเขาได้ใช้ CELI ที่แก้ไขเวลาด้วยโพรบเรืองแสง Oxyphor PtG4 พวกเขาฉายรังสีเนื้องอกของเมาส์ด้วยการฉายรังสีเอ็กซ์เรย์แบบพัลซิ่ง megavoltage สร้างแสง Cherenkov ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งภายในเพื่อกระตุ้นการเรืองแสงของโพรบ พวกเขาใช้กล้องแบบ time-gated เพื่อจับภาพการแผ่รังสีในช่วงเวลาที่หน่วงต่างกันหลังจากการแผ่รังสีแต่ละครั้ง จากนั้นจึงใช้ภาพเหล่านี้เพื่อกำหนดอายุการเรืองแสงของแสงและรับ ค่าpO 2 ของเนื้อเยื่อ

Credit : cateringiperque.com cdmasternow.com cheaplinksoflondonshop.com conviviosfraternos.com cookwatchus.net craniopharyngiomas.net cubmasterchris.info digitalbitterness.com dward3.com edmontonwarhammerleague.com