انتقال ذرات کوانتومی با دقت ۹۷ درصد در فیبر نوری معمولی_آینده

پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا به دستاورد تاریخی‌ای در مسیر تحقق اینترنت کوانتومی دست یافته‌اند.

به گزارش اینترستینگ انجینیرینگ، بر پایه مقاله‌ای که در نشریه Science انتشار شده، این گروه مهندسی موفق شده است ذرات کوانتومی حاوی اطلاعات را با دقت ۹۷ درصد از طریق کابل‌های فیبر نوری تجاری حاضر انتقال دهد.

حرف های می‌شود این پیروزی می‌تواند راه را برای تشکیل شبکه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ بر زیرساخت‌های حاضر اینترنت هموار کند.

این آزمایش با همکاری شبکه پردیس وریزون در فیلادلفیا انجام شده و در آن از یک تراشه سیلیکونی به نام “Q-chip” منفعت گیری شده که قادر به هماهنگی اطلاعات کوانتومی و کلاسیک به طور همزمان است.

بر این مبنا، این تراشه با نگه داری حالت‌های ظریف کوانتومی، امکان انتقال هر دو نوع داده را از طریق پروتکل اینترنتی (IP) فراهم می‌کند.

یکی از چالش‌های مهم در تشکیل شبکه‌های کوانتومی، ماهیت حساس ذرات کوانتومی است. این ذرات به محض اندازه‌گیری فرو پاشیده و اطلاعات خود را از دست خواهند داد.

ییچی ژانگ، نویسنده اول مقاله و دانشجوی دکتری دانشگاه پنسیلوانیا، در این باره توضیح می‌دهد: «در شبکه‌های معمولی، داده‌ها برای هدایت به مقصد نهایی اندازه‌گیری خواهد شد. اما در شبکه‌های کاملاً کوانتومی، این کار ممکن نیست چون اندازه‌گیری ذرات، حالت کوانتومی را از بین می‌برد».

راه‌حل اراعه شده توسط این تیم، منفعت گیری از سیگنال‌های کلاسیک به گفتن راهنما برای ذرات کوانتومی است.

ژانگ می‌افزاید: «سیگنال کلاسیک دقیقاً قبل از سیگنال کوانتومی حرکت می‌کند. این امکان را فراهم می‌آورد که سیگنال کلاسیک برای مسیریابی اندازه‌گیری شود، در حالی که سیگنال کوانتومی دست‌نخورده باقی می‌ماند».

این سیستم شبیه یک قطار عمل می‌کند که در آن هدایتگر کلاسیک نقش لوکوموتیو را بازی می‌کند و داده‌های کوانتومی همانند واگن‌های مهر و موم شده ای می باشند که نمی‌توان بدون تخریب محتویات آن‌ها را باز کرد.

پروفسور لیانگ فنگ، استاد علوم مواد و مهندسی برق در این دانشگاه، این دستاورد را گامی مهم به جلو توصیف می‌کند: «ما توانسته‌ایم با نشان دادن این که یک تراشه یکپارچه می‌تواند سیگنال‌های کوانتومی را در یک شبکه تجاری زنده همانند وریزون مدیریت کند و این کار را با منفعت گیری از همان پروتکل‌های اینترنت کلاسیک انجام دهد، گامی کلیدی به سوی آزمایش‌های در مقیاس بزرگتر و اینترنت کوانتومی عملی برداریم».

یکی از نوآوری‌های کلیدی این پژوهش، سیستم تصحیح خطایی است که تیم پنسیلوانیا گسترش داده‌اند. این سیستم از سیگنال کلاسیک برای استنتاج و از بین بردن اختلالات سیگنال کوانتومی بدون اندازه‌گیری مستقیم آن منفعت گیری می‌کند.

این قابلیت به اختصاصی در محیط‌های خارج از آزمایشگاه که شبکه‌ها با نویز ناشی از نوسانات دما، لرزش‌های ساخت و ساز و حتی فعالیت‌های لرزه‌ای روبه رو می باشند، حیاتی است.

آزمایش‌های انجام شده نشان داد که این سیستم می‌تواند دقت بالای ۹۷ درصد را نگه داری کند. از آنجا که تراشه از سیلیکون ساخته شده است، می‌توان آن را با منفعت گیری از راه حلهای ساخت حاضر به تشکیل زیاد رساند.

در آزمایش اولیه، یک سرور و گره در فاصله یک کیلومتری از طریق فیبر نوری وریزون به هم متصل شدند. برای گسترش شبکه، تنها نیاز به تراشه‌های زیاد تر متصل به خطوط حاضر است.

با این حال، مقیاس‌پذیری تا این مدت یک چالش باقی مانده است. سیگنال‌های کوانتومی را تا این مدت نمی‌توان بدون از دست دادن درهم‌تنیدگی تحکیم کرد که این نوشته فاصله انتقال را محدود می‌کند. هرچند سیستم‌های توزیع کلید کوانتومی تا بحال ارتباطات امن در مسافت‌های طویل را ممکن ساخته‌اند، اما آن‌ها پردازنده‌های واقعی را به هم متصل نمی‌کنند.

رابرت بروبرگ، دانشجوی دکتری و از نویسندگان این مقاله، پیشرفت جاری را به اینترنت دهه ۱۹۹۰ تشبیه می‌کند: «این حس همانند روزهای اولیه اینترنت کلاسیک در دهه ۱۹۹۰ است، وقتی که دانشگاه‌ها برای اولین بار شبکه‌های خود را به هم متصل کردند. این دروازه‌ای به سوی تحولاتی گشود که هیچ‌کس نمی‌توانست پیش‌بینی کند. اینترنت کوانتومی نیز همان پتانسیل را دارد».