29 تیر 1404 ساعت 11:03
محققان آمریکایی توانستند دوربری کوانتومی از طریق اینترنت را با موفقیت انجام دهند. این پیشرفت بی‌سابقه، نویدبخش انقلابی در ارتباطات از راه دور است.
فناوری دوربری کوانتومی از طریق اینترنت سرانجام محقق شده است. در این رویداد، یک حالت کوانتومی از نور با موفقیت از طریق بیش از 30 کیلومتر کابل فیبر نوری، آن هم در میان حجم بالایی از ترافیک اینترنت، منتقل شد؛ دستاوردی که پیش‌تر غیرممکن تلقی می‌شد.
دوربری کوانتومی از طریق اینترنت چگونه انجام شد؟
این موفقیت چشمگیر توسط پژوهشگرانی در ایالات متحده انجام شد. توانایی انتقال حالت‌های کوانتومی از طریق زیرساخت‌های موجود، گامی بنیادی در جهت تحقق شبکه‌ای متصل از رایانه‌های کوانتومی، رمزنگاری پیشرفته‌تر و شیوه‌های نوین و قدرتمند در حسگری به شمار می‌آید.
پرم کومار، مهندس رایانه از دانشگاه نورث‌وسترن و سرپرست این مطالعه، چنین اظهار داشت:
این موضوع به‌شدت هیجان‌انگیز است، چرا که هیچ‌کس تصور نمی‌کرد چنین چیزی شدنی باشد. نتایج ما مسیر جدیدی را برای ترکیب نسل آینده‌ی شبکه‌های کلاسیک و کوانتومی بر پایه‌ی یک زیرساخت مشترک فیبر نوری نشان می‌دهد. در اصل، این دستاورد راه را برای توسعه‌ی ارتباطات کوانتومی هموار می‌سازد.
این فناوری شباهتی دور به سیستم‌های انتقال آنی در مجموعه‌ی تلویزیونی پیشتازان فضا دارد؛ جایی که مسافران در یک لحظه از مکان و زمان ناپدید و در نقطه‌ای دیگر پدیدار می‌شوند. تله‌پورت یا دوربری کوانتومی در واقع، حالت‌های احتمالی یک شیء را در مکانی مشخص از بین برده و همان ترکیب احتمالات را با دقت بالا بر شیئی دیگر در مکانی متفاوت القا می‌کند.
اگرچه اندازه‌گیری این دو جسم، سرنوشت‌شان را در یک لحظه رقم می‌زند، اما فرایند درهم‌تنیدگی کوانتومی‌شان همچنان مستلزم انتقال موجی منفرد از اطلاعات میان آن دو نقطه در فضاست. ماهیت کوانتومی ذرات این امکان را فراهم می‌کند که حالت‌های آن‌ها تله‌پورت شود، مسیری که می‌تواند به فناوری‌های نوظهور بی‌انجامد. حالت کوانتومی هر شی، ترکیبی از احتمالات است که لحظاتی پس از شکل‌گیری، در خطر فروپاشی به واقعیت قرار دارد. امواج الکترومغناطیسی و برخوردهای حرارتی ذرات در حرکت، در صورت نبود محافظت، به سرعت موجب فروپاشی و از بین رفتن این حالت می‌شوند.
نگهداری از این حالت‌ها درون یک رایانه، مسأله‌ای جداگانه است. عبور دادن تک فوتونی با حفظ وضعیت کوانتومی از دل کابل‌های فیبر نوری که مملو از تراکنش‌های بانکی، ویدیوهای اینترنتی و پیامک‌هاست، چالشی به‌مراتب بزرگ‌تر محسوب میشود؛ گویی بخواهید پشمک کوانتومی‌تان را در دل رودخانه‌ی می‌سی‌سی‌پی رها کرده و انتظار داشته باشید در انتها همان طعم را حفظ کند.
برای محافظت از حالت ارزشمند فوتون در برابر جریان اینترنتی به سرعت 400 گیگابیت بر ثانیه، گروه تحقیقاتی از مجموعه‌ای از روش‌ها بهره گرفت تا مسیر حرکت فوتون را محدود کرده و احتمال پخش شدن آن میان دیگر امواج را کاهش دهند. کومار می‌گوید:
ما با دقت پراکندگی نور را بررسی کردیم و فوتون‌ها را در نقطه‌ای قرار دادیم که مکانیزم پراکندگی در آن به حداقل می‌رسد. ما دریافتیم که می‌توان ارتباط کوانتومی را بدون تداخل با کانال‌های کلاسیکی که به طور هم‌زمان در حال کارند، برقرار کرد.
چه چیزی دوربری کوانتومی از طریق اینترنت را متمایز می‌کند؟
در حالی‌که دیگر تیم‌های تحقیقاتی پیش‌تر توانسته بودند در شبیه‌سازی‌هایی از اینترنت، داده‌های کوانتومی را هم‌زمان با جریان‌های اطلاعاتی کلاسیک انتقال دهند، تیم کومار نخستین گروهی بود که موفق شد یک حالت کوانتومی را در بستر واقعی اینترنت تله‌پورت یا دوربری کند.
هر آزمایش انجام‌شده گواهی است بر این‌که اینترنت کوانتومی به مرحله‌ای اجتناب‌ناپذیر نزدیک میشود؛ موضوعی که به مهندسان رایانه ابزارهای کاملاً جدیدی برای اندازه‌گیری، پایش، رمزگذاری و محاسبه در جهان ارائه می‌کند، بدون آن‌که نیازی به بازآفرینی کل ساختار اینترنت باشد.
کومار می‌گوید:
دوربری کوانتومی از طریق اینترنت می‌تواند امکان اتصال ایمن میان گره‌های جغرافیایی دور از هم را فراهم سازد. اما برای مدت‌ها بسیاری معتقد بودند که هیچ‌کس زیرساخت ویژه‌ای برای ارسال ذرات نور نخواهد ساخت. اگر طول‌موج‌ها را به‌درستی انتخاب کنیم، دیگر نیازی به ایجاد زیرساختی جدید نیست. ارتباطات کلاسیک و کوانتومی می‌توانند هم‌زمان در کنار هم فعالیت کنند.
نتایج این پژوهش در مجله Optica منتشر شده است.
source