دانشمندان یک گام دیگر به ساخت شبکه اینترنت کوانتومی نزدیک شدند

به گزارش بیباپ، دانشمندان در حال نزدیک شدن به امکان ایجاد یک شبکه اینترنت کوانتومی فوق العاده سریع و ایمن هستند و اکنون توانسته اند اطلاعات کوانتومی را با قابلیت اطمینان بالا در مسافت 44 کیلومتری انتقال دهند.

وفاداری داده ها و فاصله انتقال برای ساخت بستر اینترنت کوانتومی واقعی و کاربردی از اهمیت زیادی برخوردار است و پیشرفت در هر یک از این زمینه ها موجب خوشحالی کسانی است که شبکه ارتباطات نسل بعدی بشر را ایجاد می نمایند. اکنون یک تیم پژوهشی با ارسال اطلاعات کوانتومی به وسیله شبکه های گسترده فیبر نوری، مشابه شبکه هایی که ستون فقرات اینترنت ما را تشکیل می دهند، به بیش از 90 درصد وفاداری داده (دقت داده) و در مسافتی 44 کیلومتری دست یافته است.

پاناگیوتیس اسپنتزوریس (Panagiotis Spentzouris) فیزیکدان آزمایشگاه فیزیک ذرات و شتاب دهنده فریم لب (Fermilab) در مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) با بیان اینکه از این نتایج هیجان زده است، گفت: این موفقیت یک دستاورد کلیدی در راه ساخت یک فناوری دیگر است که تعریف تازه ای از شیوه برقراری ارتباط دنیای ارائه می دهد.

ساختار اینترنت کوانتومی

فناوری اینترنت کوانتومی از کیوبیت (Qubit) استفاده می نماید که مشابه بیت در رایانه های کلاسیک است و کوچک ترین واحد ذخیره اطلاعات در پردازش کوانتومی محسوب می گردد. این ذرات مانند تاس هایی که همچنان در حال چرخش هستند و هنوز پایدار نشده اند، در ترکیبی از حالت های احتمالی، معلق باقی می مانند و می توانند به جز صفر و یک مقادیر حاصل از برهم نهی این دو را هم داشته باشند.

فناوری جدیدی که زمان ذخیره سازی کوانتومی اطلاعات را 10 هزار برابر می نماید

زمانی که کیوبیت ها در تعامل با یکدیگر قرار می گیرند، مشخصات آن ها به گونه ای با هم درگیر می گردد و با اندازه گیری نهایی قابل تشخیص است. برای درک بهتر، این کیوبیت های درهم تنیده را به عنوان یک جفت تاس تصور کنید. در حالی که هر کدام می توانند روی هر عددی ثابت شوند، این موضوع تضمین شده که حتما عدد مجموع 7 یا بالاتر است. مهم نیست که دو عدد چقدر از هم فاصله داشته باشند. به همین ترتیب در اینترنت کوانتومی، داده ها در یک مکان، به سرعت بیانگر داده ها در مکان دیگر خواهند بود.

با چیدمان هوشمندانه درهم تنیدگی سه کیوبیت، می توان حالت یک ذره را وادار کرد تا به وسیله شریک یکسان با کیوبیت سوم، از مشخصات کیوبیت سوم پیروی کند. در دنیای کوانتوم، این موضوع به خوبی از یک ذره به ذره دیگر قابل تعمیم است و بدین ترتیب در یک چشمک زدن مشخصات آن را از راه دور انتقال می دهد. اگرچه در ابتدا باید درهم تنیدگی ایجاد گردد و سپس این درهم تنیدگی با فرستادن کیوبیت ها به وسیله فیبرهای نوری (یا ماهواره ها)، به مقصد نهایی ادامه یابد و مشخصات را منتقل کند.

چالش در تله پورت اطلاعات

طبیعت ناپایدار و ظریف اطلاعات کوانتومی، فرستادن پرتو فوتون های درهم تنیده به مسافت های دور را با چالش روبرو می نماید، زیرا فیبرهای نوری طولانی تر به معنای فرصت بیشتر برای تداخل نویز با حالت های درهم تنیده کواننتومی است و این موضوع، یک مشکل عظیم در راستا توسعه اینترنت کوانتومی به شمار می رود.

اما در این مطالعه که در نشریه PRX Quantum منتشر شده، در مجموع طول فیبرهای استفاده شده برای راهنمایی هر کیوبیت به 44 کیلومتر افزایش یافته و بدین ترتیب قید تازه ای برای توانایی فرستادن کیوبیت های درهم تنیده شکل می گیرد و در عین حال دورنوردی (Teleport) اطلاعات کوانتومی، همچنان با دقت بالایی انجام می گردد.

پیش از این انتقال کوانتومی داده ها تا چنین مسافتی و با این دقت انجام نشده بود و این آزمایش، ساخت یک شبکه کوانتومی در ابعاد شهر را به واقعیت نزدیک تر می نماید، حتی اگر هنوز سال ها کار برای اجرایی شدن آن در پیش باشد. اسپنتزوریس در این زمینه گفت: با این نتایج، ما تأسیس بنیادی برای ایجاد یک شبکه کوانتومی شهری در منطقه شیکاگو را شروع می کنیم.

درهم تنیدگی کوانتومی و انتقال داده ها از راه دور، یک موضوع علمی پیچیده است و حتی متخصصان هم به طور کامل نمی دانند که این علم در نهایت چگونه می تواند در یک شبکه کوانتومی به کار رود. هر مدرکی از مفاهیمی که مانند این به دست می آوریم، ما را کمی به تحقق چنین شبکه ای نزدیک تر می نماید.

مزایای اینترنت کوانتومی

اینترنت کوانتومی همان طور که نوید افزایش چشمگیر سرعت و قدرت پردازش اطلاعات را می دهد، بسیار ایمن هم خواهد بود. هرگونه کوشش برای هک کردن شبکه اینترنت کوانتومی، به اندازه از بین بردن کامل قفل یک در برای باز کردن آن، سخت است. بدین ترتیب حداقل در حال حاضر، دانشمندان فکر می نمایند که شبکه های اینترنت کوانتومی به جای یک جایگزین کامل، به عنوان افزونه های تخصصی برای اینترنت کلاسیک عمل خواهند کرد.

هم اکنون پژوهشگران در حال برطرف مسائل اینترنت کوانتومی از زاویه های گوناگون هستند و به همین دلیل آزمایش های مختلف انجام و فاصله های متفاوتی برای انتقال داده ها آنالیز می گردد. به عبارت دیگر همه آزمایش ها از استانداردهای یکسان، تجهیزات مشابه و فناوری یکسان استفاده نمی نمایند.

آنچه این مطالعه اخیر را ویژه می نماید، دقت و فاصله تله پورت درهم تنیدگی کوانتومی و همچنین استفاده از تجهیزاتی با دسترسی آسان است. بدین ترتیب افزایش مقیاس این فناوری به ابعاد عظیم تر، با استفاده از سخت افزارهایی که هم اکنون دراختیار داریم، از نظر تئوری نسبتا آسان است.

ماریا اسپیروپولو (Maria Spiropulu) فیزیکدان مؤسسه فناوری کالیفرنیا و پژوهشگر همکار در این مطالعه گفت: ما افتخار می کنیم که به این موفقیت مهم در سامانه های دورنوردی کوانتومی پایدار، با عملکرد بالا و مقیاس پذیر دست یافته ایم و انتظار داریم که با به روزآوری سیستم که در سه ماهه دوم سال 2021 تکمیل می گردد، نتایج بیشتر هم بهبود یابند.