پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا موفق شدند سیگنالهای کوانتومی را از طریق یک اتصال اینترنتی استاندارد با کابلهای فیبر نوری در دنیای واقعی ارسال کنند. نتایج این تحقیق در مجله Science منتشر شد و نشان داد که اینترنت کوانتومی از مرحله تئوری به مرحله عملی با استفاده از زیرساختهای موجود اینترنت منتقل شده است.
چالش ارسال سیگنالهای کوانتومی
سیگنالهای کوانتومی ذاتاً بسیار ضعیف هستند؛ اندازهگیری آنها منجر به از بین رفتن خاصیت درهمتنیدگی کوانتومی میشود و نویز زیاد آنها را غیرقابل خواندن میکند. با این حال، مهندسان موفق شدند این سیگنالها را روی همان زیرساخت اینترنت شلوغی که سیگنالهای IP استاندارد در آن جریان دارند، انتقال دهند.
نقش تراشه Q-Chip در ارتباطات کوانتومی
امکان این انتقال به دلیل توسعه Q-Chip «تراشه سیلیکونی دانشگاه پنسیلوانیا برای هماهنگی سیگنالهای سنتی و کوانتومی روی اینترنت» فراهم شد. Q-Chip که کوتاهشده عبارت Quantum-Classical Hybrid Internet by Photonics است، توانایی ترکیب سیگنالهای استاندارد و کوانتومی در یک بسته را دارد و میتواند آنها را با موفقیت از طریق خطوط فیبر نوری شهری ارسال کند. این تراشه قابلیت ارسال و دریافت سیگنالهای پیوندخورده را دارا بوده و بدون نیاز به اندازهگیری مستقیم سیگنالهای کوانتومی، نویز را به صورت خودکار تصحیح میکند.
تفاوت بنیادین کامپیوتر کوانتومی با کامپیوتر سنتی
کامپیوتر کوانتومی اساساً با کامپیوتر سنتی متفاوت است. در حالی که کامپیوترهای معمولی از ترانزیستور، بیت و الکترون برای محاسبات استفاده میکنند که با حالتهای 0 و 1 نمایش داده میشوند، کامپیوترهای کوانتومی از کیوبیت بهره میبرند. کیوبیتها با استفاده از درهمتنیدگی کوانتومی قادر هستند همزمان حالت 0، 1 یا بیشمار ترکیب دیگر از این دو حالت را نمایش دهند.
دشواریهای درهمتنیدگی کوانتومی
کار با درهمتنیدگی کوانتومی چالشبرانگیز است؛ زیرا اندازهگیری سیگنالهای کوانتومی سبب از بین رفتن ویژگیهای کوانتومی میشود. در آزمایش فکری شرودینگر، گربهای درون یک جعبه بسته به همراه یک ایزوتوپ رادیواکتیو قرار داده میشود و تا زمانی که جعبه باز نشده و مشاهده صورت نگیرد، نمیتوان زنده یا مرده بودن گربه را تعیین کرد. به همین شکل، ذرات کوانتومی در حالت برهمنهی «نه 0 و نه 1» باقی میمانند و تنها پس از مشاهده این حالت از بین رفته و به 0 یا 1 تبدیل میشوند. همین موضوع انتقال سیگنالهای کوانتومی روی اینترنت را بسیار دشوار میسازد.
راهکار Q-Chip برای حل مشکل
رابرت بروبرگ، دانشجوی دکتری عضو این پروژه در مصاحبه با Phys.org بیان کرد: «شبکههای معمولی داده را برای هدایت به مقصد نهایی اندازهگیری میکنند. اما در شبکههای کاملاً کوانتومی چنین امکانی وجود ندارد؛ زیرا اندازهگیری ذرات حالت کوانتومی آنها را از بین میبرد».
Q-Chip این مشکل را با جفتکردن سیگنال کوانتومی با یک سیگنال استاندارد اینترنتی مبتنی بر نور در قالب یک ترکیب قطاری حل میکند. سیگنال استاندارد مانند موتور عمل کرده و وظیفه مسیریابی را بر عهده دارد، در حالی که سیگنال کوانتومی مانند محموله در کنار آن حرکت میکند و در هیچ مرحلهای اندازهگیری نمیشود. از آنجا که Q-Chip فرستنده و گیرنده از ماهیت سیگنال استاندارد مطلع هستند، میتوانند خطاهای ناشی از نویز را اصلاح کرده و به طور غیرمستقیم سیگنال کوانتومی را نیز تصحیح کنند.
گامی مهم به سوی اینترنت کوانتومی عملی
لیانگ فنگ، نویسنده ارشد مقاله توضیح داد: «با نشان دادن اینکه یک تراشه مجتمع میتواند سیگنالهای کوانتومی را روی شبکه تجاری زندهای مانند Verizon مدیریت کند و این کار با همان پروتکلهایی که اینترنت کلاسیک را اداره میکنند صورت گیرد، ما گام مهمی به سوی آزمایشهای گستردهتر و اینترنت کوانتومی عملی برداشتیم».
آینده اینترنت کوانتومی
سیستم Q-Chip از نظر تئوری قابلیت عملکرد در سراسر شبکه فیبر نوری Verizon در فیلادلفیا، محل دانشگاه پنسیلوانیا، و سایر زیرساختهای اینترنت شهری را دارد. با این حال، تحقیقات بیشتری برای انتقال موفق سیگنالهای کوانتومی در فواصل طولانی مورد نیاز خواهد بود؛ امری که برای ایجاد اتصال اینترنت کوانتومی میان شهرها یا حتی فراتر از آن ضروری است.
با پیشروی کامپیوتر کوانتومی به سمت کاربردهای واقعی، این دستاورد در زمینه ارسال سیگنالهای کوانتومی از طریق زیرساخت اینترنت موجود ارزش بالایی دارد. آینده کوانتوم همچنان نامعلوم است، اما دولتها و شرکتها پیوسته در تلاشاند نخستین مجموعهای باشند که استفاده عملی از آن را ممکن میسازند.
توسط 
دیدگاهتان را بنویسید