تیتر خبرهای روز :

تبلیغات

یادداشت

کد خبر : 77920 تاریخ انتشار : 22 دی 1400
از اینترنت گرفته تا ارتباطات فیبر یا ماهواره و تشخیص پزشکی، زندگی روزمره ما متکی به فناوری‌های نوری است. این فناوری ها از منابع پالس نوری برای انتقال، بازیابی یا محاسبه اطلاعات استفاده می کنند. بنابراین، کنترل بر روی اشکال پالس نوری، راه را برای پیشرفت¬های بیشتر هموار می‌کند.

به گزارش صدای پول از  فصلنامه ارتباطات ، بنت فیشر، دانشجوی دکترا و ماریو کمنیتس، محقق فوق دکترا، در تیم پروفسور روبرتو موراندوتی از مؤسسه ملی تحقیقات علمی (INRS)، یک پالس‌ شکل هوشمند ادغام شده روی یک تراشه توسعه دادند که خروجی آن دستگاه می‌تواند به طور مستقل با شکل موج هدف تعریف شده توسط کاربر با الزامات فنی و محاسباتی بسیار کم تنظیم شود.

یک طراحی نوآورانه
در حالت ایده‌آل، یک مولد شکل موج نوری باید به‌طور مستقل یک شکل موج هدف را برای کاربرپسند بودن تولید کند و نیازهای آزمایشی برای هدایت سیستم و خواندن شکل موج را به حداقل برساند تا نظارت آنلاین آسان شود. همچنین باید قابلیت اطمینان طولانی مدت، تلفات کم، اتصال فیبر و حداکثر عملکرد را داشته باشد.
در میان موضوعات دیگر، نقص‌های عملی، مانند وفاداری دستگاه‌های فردی، عملکردهای قابل دسترسی را نسبت به مواردی که در ابتدا برای آن طراحی یا شبیه‌سازی شده بودند، بدتر می‌کنند. این محقق فوق دکترا می‌گوید: «ما دریافتیم که بهینه‌سازی تکاملی می‌تواند به غلبه بر محدودیت‌های طراحی ذاتی سیستم‌های روی تراشه کمک کند و در نتیجه عملکرد و پیکربندی مجدد آن ها را به سطح جدیدی ارتقا دهد.
یادگیری ماشین برای فوتونیک هوشمند
این تیم در کنار ظهور اخیر مفاهیم یادگیری ماشینی در فوتونیک، که نویدبخش قابلیت‌ها و عملکرد بی‌سابقه‌ای سیستم است، توانست به این دستگاه دست یابد. «جامعه اپتیک مشتاق است تا در مورد روش‌های جدید و پیاده‌سازی دستگاه‌های هوشمند بیاموزد. ما مجموعه‌ای به هم پیوسته از روش‌های توانمندسازی یادگیری ماشینی با ارتباط بالا را برای جوامع نوری فنی و دانشگاهی ارائه می‌کنیم.»
محققان از الگوریتم‌های بهینه‌سازی تکاملی به عنوان ابزاری کلیدی برای استفاده مجدد از یک تراشه فوتونیک قابل برنامه‌ریزی فراتر از کاربرد اصلی آن استفاده کردند. الگوریتم‌های تکاملی برنامه‌های رایانه‌ای الهام‌گرفته از طبیعت هستند که امکان بهینه‌سازی کارآمد سیستم‌های چند پارامتری را در منابع محاسباتی به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌دهند.
این تحقیق نوآورانه در مجله Optica منتشر شده است. «برای محققین جوان، دکترا و فوق دکترا و برای این حرفه مهم است که تحقیقات قابل مشاهده باشند و به اشتراک گذاشته شوند. »
گام های بعدی این تیم شامل بررسی طرح های پیچیده  تر تراشه است. هدف بهبود عملکرد دستگاه و هم-چنین ادغام نمونه برداری نوری (طرح تشخیص) روی تراشه است. در این شرایط، آن ها می توانند یک دستگاه فشرده را آماده استفاده ارائه دهند.
نقطه عطف شبکه کوانتومی در محیط واقعی
تیمی از آزمایشگاه ملی اوک¬ریج وزارت انرژی ایالات متحده، دانشگاه استنفورد و دانشگاه پردو یک شبکه محلی کوانتومی جدید و کاملاً کاربردی یا QLAN را توسعه داده و به نمایش گذاشتند تا تنظیمات بلادرنگ اطلاعات به اشتراک گذاشته شده با سیستم¬های جدا شده جغرافیایی در ORNL را با استفاده از ORNL امکان پذیر کند. فوتون های درهم تنیده که از فیبر نوری عبور می کنند.
این شبکه نشان می‌دهد که چگونه متخصصان می‌توانند به طور معمول کامپیوترهای کوانتومی و حسگرها را در مقیاس عملی به هم متصل کنند و بدین ترتیب پتانسیل کامل این فناوری‌های نسل بعدی را در مسیر اینترنت کوانتومی مورد انتظار محقق کنند. نتایج این تیم که در PRX Quantum منتشر شده است، نقطه اوج سال‌ها تحقیق مرتبط است.
شبکه های محلی که دستگاه های محاسباتی کلاسیک را به هم متصل می کنند، چیز جدیدی نیستند و QLAN ها با موفقیت در مطالعات رومیزی آزمایش شده اند. توزیع کلید کوانتومی تاکنون رایج ترین نمونه از ارتباطات کوانتومی در این زمینه بوده است اما این روش محدود است، زیرا فقط امنیت را برقرار می کند نه درهم  تنیدگی بین سایت ها را.
نیکلاس پیترز، رئیس بخش علوم اطلاعات کوانتومی در ORNL گفت: «ما در تلاش هستیم تا با درک عملکردهای حیاتی، مانند پهنای باند توزیع درهم تنیدگی، پایه‌ای ایجاد کنیم که بر اساس آن بتوانیم یک اینترنت کوانتومی بسازیم. هدف ما توسعه ابزارهای اساسی و بلوک‌های ساختمانی است که برای نشان دادن برنامه‌های شبکه‌های کوانتومی به آن‌ها نیاز داریم تا بتوان آن‌ها را در شبکه‌های واقعی برای درک مزایای کوانتومی مستقر کرد.»
وقتی دو فوتون – ذرات نور – با هم جفت می‌شوند، یا در هم تنیده می‌شوند، بدون توجه به فاصله فیزیکی بین آن ها، همبستگی‌های کوانتومی قوی‌تر از هر روش کلاسیکی را نشان می‌دهند. این فعل و انفعالات، پروتکل‌های ارتباطی کوانتومی ضد شهودی را فعال می‌کنند که تنها با استفاده از منابع کوانتومی قابل دستیابی هستند.
یکی از این پروتکل ها، آماده  سازی حالت از راه دور، درهم تنیدگی و ارتباطات کلاسیک را برای رمزگذاری اطلاعات با اندازه گیری نیمی از یک جفت فوتون درهم تنیده و تبدیل موثر نیمه دیگر به حالت کوانتومی ترجیحی مهار می کند. پیترز در سال ۲۰۰۵ در حالی که دکترای خود را در فیزیک دریافت کرد، اولین اجرای آزمایشی عمومی آماده سازی حالت از راه دور را رهبری کرد. تیم تحقیقاتی این تکنیک را در تمام پیوندهای جفت شده در QLAN به کار برد – شاهکاری که قبلاً در یک شبکه انجام نشده بود – و مقیاس پذیری ارتباطات کوانتومی مبتنی بر درهم تنیدگی را نشان داد.
این رویکرد به تیم اجازه داد تا سه گره از راه دور، معروف به «آلیس»، «باب» و «چارلی» را به یکدیگر متصل کنند – نام‌هایی که معمولاً برای شخصیت‌های خیالی استفاده می‌شود که می‌توانند از طریق انتقال کوانتومی ارتباط برقرار کنند – واقع در سه آزما یشگاه تحقیقاتی مختلف در سه آزمایشگاه جداگانه. ساختمان¬ها در محوطه دانشگاه ORNL. از آزمایشگاه حاوی آلیس و منبع فوتون، فوتون ها درهم تنیدگی را از طریق زیرساخت فیبر نوری موجود ORNL بین باب و چارلی توزیع کردند.
شبکه‌های کوانتومی با تقویت‌کننده‌ها و دیگر منابع تقویت‌کننده سیگنال کلاسیک، که با همبستگی‌های کوانتومی مشترک فوتون‌های درهم‌تنیده تداخل دارند، ناسازگار هستند. با در نظر گرفتن این ایراد احتمالی، تیم تدارک پهنای باند شبکه انعطاف پذیر را در نظر گرفت که از سوئیچ‌های انتخابی طول موج برای تخصیص و تخصیص مجدد منابع کوانتومی به کاربران شبکه بدون قطع اتصال QLAN استفاده می کند.
این تکنیک نوعی تحمل خطای داخلی را فراهم می‌کند که از طریق آن اپراتورهای شبکه می‌توانند به یک رویداد پیش‌بینی¬نشده مانند فیبر شکسته، با تغییر مسیر ترافیک به مناطق دیگر بدون ایجاد اختلال در سرعت شبکه یا به خطر انداختن پروتکل‌های امنیتی پاسخ دهند.
جوزف لوکنز، همکار ویگنر و دانشمند تحقیقاتی در این‌باره می گوید: «از آن جایی که تقاضا در یک شبکه ممکن است در طول زمان یا با پیکربندی های مختلف تغییر کند، شما نمی خواهید سیستمی با کانال های طول موج ثابت داشته باشید که همیشه بخش های یکسانی را به کاربران خاص اختصاص دهد. ORNL و هم¬چنین کارشناس مهندسی برق تیم به جای شما خواهان انعطاف پذیری برای ارائه پهنای باند مناسب (کم) به کاربران در شبکه با توجه به نیاز آن ها هستید.
شبکه‌های کوانتومی در مقایسه با همتایان کلاسیک معمولی خود، به زمان‌بندی فعالیت هر گره نیاز دارند تا بسیار نزدیک‌تر همگام شوند. برای برآوردن این نیاز، محققان به GPS، همان فناوری همه کاره و مقرون به-صرفه که از داده‌های ماهواره ای برای ارائه خدمات ناوبری روزمره استفاده می کند، تکیه کردند. تیم با استفاده از یک آنتن GPS واقع در آزمایشگاه باب، سیگنال را با هر گره به اشتراک گذاشت تا اطمینان حاصل شود که ساعت‌های مبتنی بر GPS در عرض چند نانوثانیه همگام شده‌اند و در طول آزمایش از هم دور نمی‌شوند.
این تیم با به دست آوردن مهرهای زمانی دقیق برای رسیدن فوتون های درهم تنیده گرفته شده توسط آشکارسازهای فوتون، این اندازه گیری ها را از QLAN به یک شبکه کلاسیک ارسال کردند، جایی که آن ها داده های با کیفیت بالا را از هر سه آزمایشگاه جمع آوری کردند.
لوکنز گفت: «این بخش از پروژه به یک آزمایش شبکه کلاسیک چالش برانگیز با تلورانس های بسیار محدود تبدیل شد. زمان بندی در یک شبکه کلاسیک به ندرت به آن سطح از دقت یا توجه زیادی به جزئیات در مورد کدگذاری و همگام سازی بین آزمایشگاه¬های مختلف نیاز دارد.»
بدون سیگنال GPS، نمایش QLAN داده‌های با کیفیت پایین‌تر و وفاداری پایین‌تری تولید می‌کرد، یک معیار ریاضی مرتبط با عملکرد شبکه کوانتومی که فاصله بین حالت‌های کوانتومی را اندازه‌گیری می‌کند.

این تیم پیش‌بینی می‌کند که ارتقاهای کوچک به QLAN، از جمله افزودن گره‌های بیشتر و تودرتو کردن سوئیچ‌های انتخابی طول موج با هم، نسخه‌های کوانتومی شبکه‌های به هم پیوسته را تشکیل می‌دهند – ینی همان تعریف تحت اللفظی اینترنت.

Muneer Alshowkan، یکی از همکاران تحقیقاتی فوق دکترا در ORNL که تخصص ارزشمندی از علم کامپیوتر را به این پروژه آورده است، می گوید: «اینترنت یک شبکه بزرگ است که از شبکه های کوچک  تر بسیاری تشکیل شده است. گام بزرگ بعدی به سوی توسعه اینترنت کوانتومی، اتصال QLAN به شبکه‌های کوانتومی دیگر است.
علاوه بر این، یافته‌های این تیم را می‌توان برای بهبود سایر تکنیک‌های تشخیص، مانند روش‌هایی که برای جستجوی شواهدی از ماده تاریک گریزان، ماده نامرئی که تصور می‌شود منبع اصلی ماده جهان است، مورد استفاده قرار گیرد.
پیترز گفت: «تصور کنید شبکه‌هایی از حسگرهای کوانتومی با توانایی دیدن اثرات بنیادی فیزیک با انرژی بالا بسازید. با توسعه این فناوری، هدف ما کاهش حساسیت مورد نیاز برای اندازه‌گیری این پدیده‌ها برای کمک به جستجوی مداوم ماده تاریک و سایر تلاش‌ها برای درک بهتر جهان است.»

محققان در حال برنامه‌ریزی آزمایش بعدی خود هستند که بر اجرای روش‌های همگام‌سازی زمان‌بندی پیشرفته‌تر برای کاهش تعداد تصادفات – منابع نویز در شبکه – و بهبود بیشتر کیفیت خدمات QLAN تمرکز می‌کند.

Twitter Google+ Facebook
48 views
نظرات

لطفا از نوشتن نظرات خود به صورت حروف لاتین (فینگلیش) خودداری نمایید

نام :
ایمیل :
نظر :

آخرین اخبار
پربازدید ها
مهمترین ها