دانشمندان یک گام دیگر به ساخت شبکه اینترنت کوانتومی نزدیک شدند

مجله پاورتل/ دانشمندان در حال نزدیک شدن به امکان ایجاد یک اینترنت کوانتومی فوق‌العاده ایمن و سریع هستند و اکنون توانسته‌اند اطلاعات کوانتومی را با قابلیت اطمینان بالا در مسافت ۴۴ کیلومتری انتقال دهند.

وفاداری داده‌ها و فاصله‌ی انتقال برای ساخت بستر اینترنت کوانتومی واقعی و فعال از اهمیت زیادی برخوردار است و پیشرفت در هر یک از این زمینه‌ها موجب خوشحالی کسانی است که شبکه‌ی ارتباطات نسل بعدی بشر را ایجاد ‌کنند.

این تیم پژوهشی با اطلاعات کوانتومی خود و ارسال آن از طریق شبکه‌های گسترده‌ی فیبر نوری مشابه شبکه‌هایی که ستون فقرات اینترنت فعال ما را تشکیل می‌دهند، به بیش از ۹۰ درصد وفاداری داده (دقت داده) دست یافت.

«پاناگیوتیس اسپنتزوریس» (Panagiotis Spentzouris) فیزیکدان آزمایشگاه فیزیک ذرات و شتاب‌دهنده‌ی «فریم‌لب» (Fermilab) در مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا (Caltech) با بیان اینکه از این نتایج هیجان‌زده است، گفت: «این موفقیت یک دستاورد کلیدی در راه ساخت یک فناوری دیگر است که تعریف تازه‌ای از شیوه‌ی برقراری ارتباط جهانی ارائه می‌دهد.»

ساختار اینترنت کوانتومی
فناوری اینترنت کوانتومی از کیوبیت استفاده می‌کند. این ذرات اندازه‌گیری نشده، مانند تاس‌هایی که همچنان در حال چرخش هستند و هنوز پایدار نشده‌اند، در ترکیبی از حالت‌های احتمالی معلق باقی می‌مانند.

زمانی که کیوبیت‌ها با یکدیگر در تعامل قرار داده می‌شوند، هویت آن‌ها به گونه‌ای «درگیر» می‌شود که با اندازه‌گیری نهایی مشخص می‌شود. برای درک بهتر، این کیوبیت‌های درهم‌تنیده را به عنوان یک جفت تاس تصور کنید. درحالی که هر کدام می‌توانند روی هر عددی ثابت شوند، این موضوع تضمین شده که حتما عدد مجموع ۷ یا بالاتر است. مهم نیست که دو عدد چقدر از هم فاصله داشته باشند. به همین ترتیب داده‌ها در یک مکان، فورا داده‌های مکان دیگر را منعکس می‌کنند.

با چیدمان هوشمندانه‌ی درهم‌تنیدگی سه کیوبیت، می‌توان حالت یک ذره را وادار کرد تا از طریق شریک یکسان خود، از چرخش تاس دیگر پیروی کند. در دنیای کوانتوم، این موضوع به خوبی تبدیل یک ذره به ذره‌ی دیگر است و در یک چشمک زدن هویت آن را از راه دور انتقال می‌دهد. اگرچه باز هم در ابتدا باید درهم‌تنیدگی ایجاد شود، و سپس با فرستادن کیوبیت‌ها از طریق فیبرهای‌نوری (یا ماهواره‌ها) به مقصد نهایی آن‌ها ادامه یابد.

چالش در تله‌پورت اطلاعات
طبیعت ناپایدار و ظریف اطلاعات کوانتومی، فرستادن پرتو فوتون‌های درهم‌تنیده به مسافت‌های دور را با چالش مواجه می‌کند، زیرا فیبرهای نوری طولانی‌تر به معنای فرصت بیشتر برای تداخل نویز با حالت‌های درهم‌تنیده است و این یک مشکل بزرگ در مسیر توسعه‌ی اینترنت کوانتومی است.

اما در این مطالعه که در نشریه‌ی PRX Quantum منتشر شده، در مجموع طول فیبرهای مورد استفاده برای هدایت هر کیوبیت به ۴۴ کیلومتر افزایش یافته و بدین ترتیب قید تازه‌ای برای توانایی فرستادن کیوبیت‌های درهم‌تنیده، درحالی که دورنوردی (Teleport) اطلاعات کوانتومی همچنان با موفقیت انجام می‌شود، شکل می‌گیرد.

پیش از این هرگز ثابت نشده بود که انتقال تا چنین مسافتی با این دقت صورت بگیرد و این آزمایش، ساخت یک شبکه‌ی کوانتومی در ابعاد شهر را به واقعیت نزدیک می‌کند، حتی اگر هنوز سال‌ها کار برای اجرایی شدن آن در پیش باشد. اسپنتزوریس در این زمینه خاطرنشان کرد: «با این نتایج ما تأسیس بنیادی برای ایجاد یک شبکه‌ی کوانتومی شهری در منطقه‌ی شیکاگو را آغاز می‌کنیم.»

درهم‌تنیدگی کوانتومی و انتقال داده‌ها از راه دور یک موضوع علمی پیچیده است و حتی متخصصان هم به طور کامل نمی‌دانند که این علم در نهایت چگونه می‌تواند در یک شبکه‌ی کوانتومی به‌کار رود. هر مدرکی از مفاهیمی که مانند این به‌دست می‌آوریم ما را کمی به تحقق چنین شبکه‌ای نزدیک‌تر می‌کند.

مزایای اینترنت کوانتومی
اینترنت کوانتومی همان‌طور که نوید افزایش چشمگیر سرعت و قدرت پردازش را می‌دهد، بسیار ایمن هم خواهد بود. هرگونه تلاش برای هک کردن شبکه به اندازه‌ی از بین بردن کامل قفل در برای باز کردن آن، دشوار خواهد بود. حداقل در حال حاضر، دانشمندان فکر می‌کنند که شبکه‌های اینترنتی کوانتومی به جای یک جایگزین کامل، به عنوان افزونه‌های تخصصی برای اینترنت کلاسیک عمل خواهند کرد.

پژوهشگران در حال مقابله با مشکلات فعلی اینترنت کوانتومی از زاویه‌های گوناگون هستند، به همین دلیل فواصل مختلفی در مطالعات گوناگون ذکر می‌شود. به عبارت دیگر همه‌ی آزمایش‌ها از استانداردهای یکسان، تجهیزات مشابه و فناوری یکسان استفاده نمی‌کنند.

آنچه این مطالعه‌ی اخیر را ویژه می‌کند، دقت و فاصله‌ی دورنوردی درهم‌تنیدگی کوانتومی، و همچنین تجهیزاتی با دسترسی آسان است. زیرا افزایش مقیاس این فناوری با استفاده از سخت‌افزارهایی که هم‌اکنون دراختیار داریم، از نظر تئوری باید نسبتا آسان باشد.

«ماریا اسپیروپولو» (Maria Spiropulu) فیزیکدان مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا گفت: «ما بسیار افتخار می‌کنیم که به این موفقیت مهم در سامانه‌های دورنوردی کوانتومی پایدار، با عملکرد بالا و مقیاس‌پذیر دست یافته‌ایم و انتظار داریم که با به‌روزآوری سیستم که در سه ماهه‌ی دوم سال ۲۰۲۱ تکمیل می‌شود، نتایج بیشتر هم بهبود یابند.»