دستاورد شگفت‌ انگیز: تله‌ پورت کوانتومی برای نخستین بار روی اینترنت واقعی ممکن شد

شاهکار مهندسی: ارسال حالت کوانتومی در دل ترافیک اینترنت

در سال ۲۰۲۴، یک حالت کوانتومی نور با موفقیت از طریق بیش از ۳۰ کیلومتر (حدود ۱۸ مایل) کابل فیبر نوری در میان انبوهی از ترافیک اینترنت، تله‌ پورت شد؛ شاهکاری مهندسی که زمانی غیرممکن تصور می‌شد.

به گزارش بخش اخبار فناوری زوم تک به نقل از Optica، این نمایش چشمگیر توسط محققان در ایالات متحده ممکن است به شما کمکی نکند که برای فرار از ترافیک صبحگاهی به محل کار خود تله‌پورت شوید یا ویدیوهای گربه مورد علاقه‌تان را سریع‌تر دانلود کنید.

با این حال، توانایی تله‌ پورت کردن حالت‌ های کوانتومی از طریق زیرساخت‌های موجود، گامی تاریخی به سوی دستیابی به یک شبکه محاسباتی متصل به کوانتوم، رمزگذاری پیشرفته، یا روش‌های جدید و قدرتمند سنجش است.

مرتبط: تله‌پورت برای اولین بار در جهان بین کامپیوترهای کوانتومی انجام شد

آینده شبکه‌ های کوانتومی و کلاسیک یکپارچه

پریم کومار (Prem Kumar)، مهندس محاسبات از دانشگاه نورث‌وسترن که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، می‌گوید: «این فوق‌العاده هیجان‌انگیز است زیرا هیچ‌کس فکر نمی‌کرد چنین کاری ممکن باشد.»

برای مشاهده خلاصه‌ای از تحقیقات آن‌ها، کلیپ زیر را تماشا کنید:

«کار ما مسیری را به سوی نسل بعدی شبکه‌های کوانتومی و کلاسیک نشان می‌دهد که از یک زیرساخت فیبر نوری یکپارچه استفاده می‌کنند. اساساً، این در را برای سوق دادن ارتباطات کوانتومی به سطح بعدی باز می‌کند.»

چالش تله‌ پورت کوانتومی: مبارزه با ناهمدوسی در فیبر نوری

تله‌ پورت که شباهت گذرا به سیستم‌های حمل و نقل سریال «پیشتازان فضا» (Star Trek) دارد که مسافران را در یک چشم به هم زدن در زمان و مکان جابجا می‌کند، احتمالات کوانتومی یک جسم را در یک مکان می‌گیرد و با تخریب دقیق آن، همان تعادل احتمالات را بر روی جسمی مشابه در مکانی دیگر اعمال می‌کند.

اگرچه عمل اندازه‌گیری دو جسم، سرنوشت آن‌ها را در یک لحظه مشخص می‌کند، فرآیند درهم‌تنیدگی هویت‌های کوانتومی آن‌ها هنوز نیازمند ارسال یک موج واحد از اطلاعات بین دو نقطه در فضا است.

حالت کوانتومی هر جسم، مانند پشمک در یک باران بهاری، لکه‌ای مه‌آلود از احتمالات است که در معرض خطر ذوب شدن در واقعیت، لحظاتی پس از ایجاد، قرار دارد. امواج الکترومغناطیسی تابش و برخوردها و حرکات حرارتی ذرات متحرک، به سرعت اهمیت کوانتومی را به «ناهمدوسی» (decoherence) کاهش می‌دهند، مگر اینکه به نوعی محافظت شود.

محافظت از حالت‌های کوانتومی در داخل کامپیوترها یک چیز است. ارسال یک فوتون واحد از طریق کابل‌های فیبر نوری که مملو از تراکنش‌های بانکی، ویدیوهای گربه و پیام‌های متنی هستند، در حالی که حالت کوانتومی آن حفظ شود، بسیار دلهره‌آورتر است. مثل این است که پشمک کوانتومی خود را به رودخانه می‌سی‌سی‌پی بیندازید و امیدوار باشید که در انتها طعم خوبی داشته باشد.

راه‌ حل هوشمندانه: همزیستی ارتباطات کوانتومی و کلاسیک

برای حفظ حالت گرانبهای فوتون تنهای خود در برابر جریان ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه ترافیک اینترنت، تیم محققان از تکنیک‌های مختلفی برای محدود کردن کانال فوتون و کاهش شانس پراکندگی و تداخل آن با امواج دیگر استفاده کردند.

کومار می‌گوید: «ما به دقت بررسی کردیم که نور چگونه پراکنده می‌شود و فوتون‌های خود را در یک نقطه دقیق قرار دادیم که در آن مکانیسم پراکندگی به حداقل می‌رسد.»

«ما دریافتیم که می‌توانیم ارتباطات کوانتومی را بدون تداخل از کانال‌های کلاسیک که به طور همزمان وجود دارند، انجام دهیم.»

در حالی که گروه‌های تحقیقاتی دیگر قبلاً با موفقیت اطلاعات کوانتومی را در کنار جریان‌های داده کلاسیک در شبیه‌سازی‌های اینترنت منتقل کرده بودند، تیم کومار اولین تیمی بود که یک حالت کوانتومی را در کنار یک جریان واقعی اینترنت تله‌پورت کرد.

طبیعت کوانتومی ذرات امکان «تله‌پورت» شدن حالت‌ها را فراهم می‌کند و راه‌های جدیدی از فناوری را می‌گشاید. (Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)

اینترنت کوانتومی با استفاده از زیرساخت‌ های موجود اجتناب‌ ناپذیر است

هر آزمایش بیشتر نشان می‌دهد که اینترنت کوانتومی اجتناب‌ناپذیر است و به مهندسان محاسبات مجموعه ابزار کاملاً جدیدی برای اندازه‌گیری، نظارت، رمزگذاری و محاسبه دنیای ما به روشی بی‌سابقه می‌دهد، بدون اینکه نیازی به اختراع مجدد اینترنت برای انجام آن باشد.

کومار می‌گوید: «تله‌ پورت کوانتومی این قابلیت را دارد که اتصال کوانتومی را به صورت ایمن بین گره‌های جغرافیایی دوردست فراهم کند.»

«اما بسیاری از مردم مدت‌ها گمان می‌کردند که هیچ‌کس زیرساخت تخصصی برای ارسال ذرات نور نخواهد ساخت. اگر ما طول موج‌ها را به درستی انتخاب کنیم، مجبور نخواهیم بود زیرساخت جدیدی بسازیم. ارتباطات کلاسیک و ارتباطات کوانتومی می‌توانند با هم همزیستی داشته باشند.»

این تحقیق در مجله Optica منتشر شده است.

نسخه قبلی این مقاله در دسامبر ۲۰۲۴ منتشر شده بود.