تكنولوجيا

محطة فضائية تستضيف عرضًا لتكنولوجيا الاتصالات الكمومية “ذاتية الشفاء”

ISS Nanoracks Bishop Airlock

سيتم استضافة SEAQUE في محطة الفضاء الدولية بواسطة Nanoracks Bishop airlock. الأقواس الزرقاء والذهبية المثبتة على جانب غرفة معادلة الضغط مخصصة للحمولات الخارجية. سيتم تثبيت العرض التوضيحي للتكنولوجيا في أحد هذه المواقع. الائتمان: ناسا

ال ناساستختبر التجربة الممولة من الصندوق تقنيتين يمكن أن تسمحا في النهاية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية بالتواصل مع بعضها البعض بغض النظر عن مكان وجودها.

يمكن أن تمهد تجربة صغيرة أطلقت إلى محطة الفضاء الدولية في وقت لاحق من هذا العام الطريق لشبكة كمومية عالمية في المستقبل. يُطلق على العرض التوضيحي لتكنولوجيا تشابك الفضاء وتليين الكميات (أو SEAQUE) ، سيختبر العرض التوضيحي لتكنولوجيا حجم علبة الحليب تقنيتي اتصال في بيئة الفضاء القاسية.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية الوفاء بوعد تشغيل أسرع ملايين المرات من أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، وتوزيعها مجسات الكم يمكن أن يؤدي إلى فهم جديد للأرض ومكاننا في الكون عن طريق قياس التغيرات الدقيقة في الجاذبية. ولكن لكي تتواصل أجهزة الكمبيوتر الكمومية أو أجهزة الاستشعار الكمومية ، فإنها ستحتاج إلى شبكة اتصالات مخصصة. سيكون الجزء الرئيسي من هذه الشبكة هو “العقد” المكانية القادرة على استقبال ونقل البيانات الكمية من وإلى الأرض عبر اتصالات بصرية خالية من الفضاء.

يهدف EAQUE إلى إثبات جدوى التقنيات التي يمكن أن تمكن العقد المدارية من توصيل أجهزة الإرسال والاستقبال الكمومية بأمان عبر مسافات كبيرة. للقيام بذلك ، سيتعين على هذه العقد إنتاج واكتشاف أزواج من الفوتونات المتشابكة. في النهاية ، يمكن أن يشكل نقل هذه الفوتونات إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية على الأرض أساس الحوسبة السحابية الكمومية – طريقة تبادل ومعالجة البيانات الكمية ، بغض النظر عن مكان وجود أجهزة الكمبيوتر.

بمجرد ربط SEAQUE بالخارج من المحطة الفضائية ، سيختبر أيضًا تقنية لمساعدة العقد الفضائية على “الشفاء الذاتي” من التلف الإشعاعي ، وهو تحدٍ مستمر للحفاظ على الأجهزة الدقيقة في الفضاء.

قال ماكان موهاغق ، الباحث المشارك في SEAQUE في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا: “إن عرض هاتين التقنيتين يضع الأساس لشبكات الكم العالمية المستقبلية القادرة على توصيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تفصل بينها مئات أو حتى آلاف الكيلومترات”.

مثل الشبكة التي من المفترض أن يتم تنشيطها ، فإن المشروع عالمي. يشمل تعاون SEAQUE العلماء والطلاب من جامعة إلينوي أوربانا شامبين ، الذين يقودون المشروع ؛ ال جامعة واترلو في أونتاريو ، كندا ؛ جامعة سنغافورة الوطنية؛ AdvR، Inc. ، شريك صناعي مقره في ولاية مونتانا ؛ Nanoracks ، مزود أنظمة الفضاء التجارية ومقرها تكساس ؛ و مختبر الدفع النفاث.

قوة التشابك

ترتبط أزواج الفوتون المتشابكة ارتباطًا وثيقًا لدرجة أن قياس أحدهما يؤثر فورًا على نتائج قياس الآخر ، حتى عندما يفصل بينهما مسافة كبيرة. هذه خاصية أساسية لأنظمة ميكانيكا الكم. مصدر الفوتون المتشابك SEAQUE يقسم الفوتونات عالية الطاقة إلى أزواج من الفوتونات “الابنة” المتشابكة. يتم بعد ذلك عد هذه الفوتونات البنت وقياس خصائصها الكمومية بواسطة أجهزة الكشف الداخلية للأداة.

بينما اعتمدت تجارب الكم المكانية الأخرى على البصريات الضخمة (التي تركز الضوء في بلورة خاصة) لتوليد فوتونات متشابكة ، يعتمد SEAQUE على مصدر متكامل للفوتونات المتشابكة باستخدام دليل موجي – وهو الأول من نوعه في المركبات الفضائية. الدليل الموجي هو بنية مجهرية تعمل كطريق سريع للفوتونات ، وتوجه انتقالها مع فقدان ضئيل للحالة الكمومية.

قال بول كويات ، الباحث الرئيسي للمشروع في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين: “سيُظهر SEAQUE مصدرًا جديدًا للتشابك يعتمد على البصريات المتكاملة”. “مثل هذا المصدر هو بطبيعته أصغر بكثير ، وأكثر قوة ، وأكثر كفاءة في إنتاج أزواج الفوتون من مصادر التشابك البصري الضخمة المستخدمة في تجارب الفضاء السابقة.”

أو على سبيل المثال ، حيث تتطلب هذه البصريات السائبة إعادة تنظيم بصري دقيق بواسطة مشغل أرضي بعد تعرضها للصدمة أثناء الإطلاق ، فإن بصريات SEAQUE لن تفعل ذلك.

قال موهاغق: “إذا كنت تبني شبكة كمومية عالمية ، وتربط مئات المحطات الأرضية الكمية في قارات مختلفة ، فلا يمكنك تحمل وجود شخص واحد في الحلقة يحرس المصادر في كل عقدة في المحاذاة البصرية”. “إن مصدرًا قائمًا على الدليل الموجي متآلفًا مثل المصدر SEAQUE الذي سيطير سيكون خطوة كبيرة نحو شبكة معلومات كمية عالمية قابلة للتطوير.”

الشفاء بالليزر

يمكن تحسين موثوقية عرض التكنولوجيا بشكل أكبر إذا أثبت SEAQUE أنه يمكنه أيضًا إصلاح الضرر الذي يلحقه بالإشعاع.

سوف تتطلب عقد الاتصالات الكمومية أجهزة كشف حساسة للغاية لتلقي إشارات كمومية أحادية الفوتون من سطح الأرض. عندما تصطدم جسيمات عالية الطاقة ، أو إشعاع من الفضاء الخارجي ، بأجهزة كشف العقد ، فإنها ستخلق عيوبًا بمرور الوقت. يمكن أن تظهر هذه العيوب على أنها “أعداد مظلمة” في خرج الكاشف ، مما يخلق ضوضاء ستطغى في النهاية على أي إشارة كمية قادمة من الأرض. إذا تُرك الإشعاع الفضائي دون رادع ، فسوف يؤدي في نهاية المطاف إلى تدهور هذه الكواشف إلى درجة أنه سيتعين استبدالها بانتظام ، مما يعيق جدوى شبكة الاتصالات الكمومية العالمية.

على الرغم من أن اكتشاف الإشارات من الأرض خارج نطاق هذا العرض التوضيحي التكنولوجي ، فإن SEAQUE ستستخدم مجموعة أجهزة الكشف الخاصة بها لحساب الفوتونات الناتجة عن مصدر التشابك الخاص بها. وستستخدم SEAQUE ليزرًا ساطعًا لإصلاح الضرر الناجم عن الإشعاع بشكل دوري والذي سيؤثر على عدد أجهزة الكشف – آخر أولاً.

“في الاختبارات الأرضية ، وجدنا أن هذه التقنية تسبب عيوبًا شبكية إلى” فقاعة “- وهي عملية تُعرف باسم التلدين – وبالتالي تقليل ضوضاء الكاشف وإطالة عمر العقد الكمومية في الفضاء ، مما يسهل نظامًا عالميًا قويًا. قال كويات.

سيتم استضافة SEAQUE على المحطة الفضائية من قبل قفل الأسقف، التي تملكها وتشغلها Nanoracks. تقدم Nanoracks أيضًا خدمات عمليات البعثة وتنسيق خدمات الإطلاق. يتم تطوير المصدر البصري المتكامل للفوتونات المتشابكة لـ SEAQUE بواسطة AdvR، Inc. ومن المقرر إطلاقه في موعد لا يتجاوز أغسطس 2022 ، ويتم تمويل العرض التكنولوجي من قبل قسم العلوم البيولوجية والفيزيائية في وكالة ناسا ضمن علماء وكالة إدارة البعثات.


Source link

مقالات ذات صلة

أضف تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

Back to top button