برقراری ارتباط با موجودات بیگانه یکی از اخباری است که بسیاری از ما مشتاق شنیدن آن هستیم. از زمانی که جستجو برای تمدن های پیشرفته را آغاز کرده ایم، راه های متعددی برای شناسایی انتقال آنها امتحان شده، اما همگی تا به امروز ناموفق بوده است. یک مقاله پیش چاپ جدید نشان می دهد که ارتباطات کوانتومی ممکن است روش ایده آل برای ارتباطات بین ستاره ای باشد. علیرغم مزایای زیاد آن در مقابل ارتباطات کلاسیک، چالش اصلی این است که برای دریافت سیگنال به گیرنده ای با عرض بیش از 100 کیلومتر نیاز است. افسوس که ما هنوز آن فناوری را نداریم!

فرانک دریک در حال نوشتن فرمول معروفش بر روی تخته سفید

جستجو برای سیگنال های بیگانه تحت عنوان جستجو برای هوش فرا زمینی (Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI)) انجام شده است. این ماجراجویی از سال 1960 توسط فرانک دریک (Frank Drake) آغاز شد. با وجود آنکه این کار مثمر ثمر نبود، اما از آن پس تلسکوپ های رادیویی بزرگ برای انجام جستجوها استفاده شده است. پروژه های زیادی از این نوع وجود داشته اما مورد توجه ترین آنها Project Breakthrough است. علیرغم استفاده از فناوری های پیشرفته و همکاری های بین المللی هنوز موفقیتی حاصل نشده است.

برای اینکه بتوانیم به طور موثر به دنبال سیگنال های بیگانه بگردیم، درک کامل ماهیت ارتباط ضروری است. تلاشی که در سال 1948 با توسعه نظریه مدرن ارتباطات کلاسیک توسط شانون (Shannon) آغاز شد و در سال 1959 توسط کوکونی و موریسون (Cocconi & Morrison) پیشنهاد شد که فناوری های انسانی نظیر امواج رادیویی و لیزر می توانند برای ارسال یا دریافت ارتباطات کلاسیک بین ستاره ای به کار گرفته شوند. در طول دهه‌ های بعدی، فیزیکدانان دریافتند که نظریه اطلاعات کلاسیک تنها بخشی از یک موضوع بسیار غنی‌ تر و هنوز نوپا - نظریه اطلاعات کوانتومی است و طبیعی است که بپرسیم آیا ارسال یا دریافت ارتباطات کوانتومی بین‌ ستاره‌ ای نیز امکان ‌پذیر است یا خیر. با ظهور نظریه اطلاعات کوانتومی نشان داده شد که چگونه مکانیک کوانتومی بر ذخیره و انتقال اطلاعات تأثیر می گذارد. مفهوم مرکزی در این تئوری بیت کوانتومی یا کیوبیت است که به دلیل پدیده برهمنهی می تواند در چندین حالت به طور همزمان وجود داشته باشد. برخلاف نظریه کلاسیک که بیت‌های اطلاعات به صورت ۰ یا ۱ هستند، در نظریه کوانتومی می‌توانند هر تعداد نامتناهی از ترکیب‌ها با احتمال معین باشند به طوریکه پس از اندازه‌گیری تابع موج به یکی از حالات معین فرو می ریزد. یکی دیگر از عناصر کلیدی تئوری کوانتومی درهمتنیدگی است که در آن دو یا چند ذره با هم در ارتباطند به طوری که وضعیت یکی به حالت دیگری وابسته است بدون توجه به اینکه چقدر از هم فاصله دارند. با استفاده از کیوبیت‌هایی که به این روش با هم مرتبط شده‌اند، پردازش داده‌ ها می‌تواند بسیار سریع‌ تر از مدل کلاسیک و همچنین امن‌ تر باشد. درسال 2020 ، آرجون بررا (Arjun Berera) از دانشگاه ادینبورگ انگلستان نشان داد که در فرکانس‌های خاص، کیوبیت‌ های فوتونی می‌توانند همبستگی کوانتومی خود را در فواصل بین‌ستاره‌ ای (و حتی بین کهکشانی) حفظ کنند و چشم‌انداز ارتباطات کوانتومی بین‌ستاره‌ای را افزایش دهند. مفهوم همبستگی کوانتومی توانایی حفظ حالت کوانتومی خاص را توصیف می کند، اما این به تنهایی برای برقراری ارتباط کافی نیست. کانال ارتباطی نیز باید دارای ظرفیت کافی باشد بدین معنا که باید از طول موج‌های خاص استفاده شود. مقاله‌ پیش چاپی که به تازگی توسط لاتام بویل (Latham Boyle) از دانشگاه ادینبورگ انگلستان و انستیتو فیزیک نظری پریمیتر کانادا بر روی آرشیو با دسترسی آزاد arXiv ظاهر شده است، برای اولین بار به مطالعه ظرفیت کوانتومیQ کانال ارتباطی در ارتباطات کوانتومی پرداخته است. بطور خلاصه تحلیل انجام شده در این مطالعه حاکی از آن است که امکان برقرای ارتباط کوانتومی بین ستاره‌ها فقط از طریق طول موج‌های کمتر از 26.5 سانتی‌متر (برای اجتناب از مشکلات پس‌ زمینه مایکروویو کیهانی) به شرط Q>0 میسر می شود. بطور دقیق تر برای ارتباط ستاره ای با فاصله L میان فرستنده و گیرنده از طریق طول موج lambda باید از تلسکوپ‌های رادیویی با قطر (D>0.78 radical (lambda L استفاده کرد. برای مثال برای دو تلسکوپ واقع در زمین و پروکسیما قنطورس (Proxima Centauri) قطر بدست آمده بیش از 100 کیلومتر است!. این در واقع یک آستانه و حد فناوری است که برای برقراری ارتباطات کوانتومی بایستی از آن عبور کرد. در حال حاضر ما توانایی ساخت چنین ابزاری را نداریم و این ممکن است توضیح دهد که چرا در چنین جهان بزرگ و قدیمی، ما هنوز هیچ موجود بیگانه ای را شناسایی نکرده ایم! شاید به سادگی باید منتظر بمانیم تا بتوانیم چنین ابزاری را بسازیم تا بیگانگان بتوانند با ما ارتباط برقرار کنند.

منابع:

https://www.universetoday.com/168040/if-advanced-civilizations-using-quantum-communications-is-that-why-weve-never-seen-them/#google_vignette

https://arxiv.org/abs/2009.00356

تاریخ خبر: 6 اوت 2024

مترجم: محسن خدادی