تلپورت کوانتومی با فیبر نوری ممکن شد: اینترنت همزمان کوانتومی!

تلپورت کوانتومی، حالا توی فیبر نوری!

مهندسای دانشگاه نورث‌وسترن، یه چیز خفن کشف کردن؛ اونا تونستن تلپورت کوانتومی رو توی یه کابل فیبر نوری نشون بدن، همون کابلایی که ترافیک اینترنت رو جابجا می‌کنن! این یعنی یه راه جدید واسه ترکیب ارتباطات کوانتومی با کابل‌های اینترنتِ الان، و زیرساخت‌های لازم برای چیزایی مثل حسگرها یا محاسبات کوانتومی توزیع‌شده رو خیلی ساده‌تر می‌کنه. این تحقیق قراره جمعه (۲۰ دسامبر) تو مجله‌ی Optica چاپ شه.

پریم کومار، که سرپرستی این پروژه رو داشته، می‌گه: «اصلاً باورنکردنیه، چون هیچ‌کس فکرشم نمی‌کرد این ممکن باشه.» اون اضافه می‌کنه: «کار ما یه مسیری رو نشون می‌ده به سمت شبکه‌های کوانتومی و کلاسیک که از زیرساخت مشترک فیبر نوری استفاده می‌کنن. به طور کلی، این قضیه درهای جدیدی رو برای پیشرفت ارتباطات کوانتومی به یه سطح بالاتر باز می‌کنه.»

کومار، که یه متخصص توی زمینه ارتباطات کوانتومیه، استاد مهندسی برق و کامپیوتر تو دانشکده مهندسی مک‌کورمیک دانشگاه نورث‌وسترنه و مرکز ارتباطات و محاسبات فوتونیک رو هم اداره می‌کنه. تلپورت کوانتومی، که فقط سرعت نور محدوده، می‌تونه ارتباطات رو تقریباً آنی کنه. این فرایند با استفاده از درهم‌تنیدگی کوانتومی کار می‌کنه، یه تکنیکی که توش دو ذره به هم وصل می‌شن، بدون اینکه فاصله شون مهم باشه. به‌جای اینکه ذرات فیزیکی حرکت کنن تا اطلاعات رو ببرن، ذراتِ درهم‌تنیده اطلاعات رو تو فواصل زیاد رد و بدل می‌کنن – بدون اینکه خودشون جابه‌جا بشن.

کومار توضیح می‌ده: «تو ارتباطات نوری، همه‌ی سیگنالا به نور تبدیل می‌شن.» و ادامه می‌ده: «در حالی‌که سیگنالای معمولی برای ارتباطات کلاسیک معمولاً شامل میلیون‌ها ذره نور هستن، اطلاعات کوانتومی از فوتون‌های تکی استفاده می‌کنه.» قبل از این تحقیق جدید کومار، این‌طور فکر می‌کردن که فوتون‌های تکی تو کابل‌هایی که پُر از میلیون‌ها ذره نورِ حمل‌کننده اطلاعات کلاسیکن، گم می‌شن. انگار یه دوچرخه ضعیف بخواد از یه تونل شلوغ پُر از کامیونای سنگین با سرعت بالا رد شه.

گام‌های جدید تو ارتباطات کوانتومی

کومار و تیمش یه راهی پیدا کردن که بتونن فوتون‌های حساس رو از ترافیک شلوغ دور نگه دارن. بعد از یه عالمه تحقیق درباره‌ی اینکه نور چجوری پخش می‌شه تو کابل‌های فیبر نوری، محققا یه طول موجی پیدا کردن که خلوت‌تر بود و می‌تونستن فوتون‌هاشون رو اون‌جا قرار بدن. بعدش، فیلترهای خاصی اضافه کردن تا نویز ناشی از ترافیک اینترنت معمولی رو کم کنن.

کومار می‌گه: «ما با دقت بررسی کردیم که نور چطوری پخش می‌شه و فوتون‌هامون رو تو یه جای مناسب گذاشتیم، جایی که پخش کمترین باشه.» و اضافه می‌کنه: «فهمیدیم که می‌تونیم ارتباطات کوانتومی رو بدون تداخل از کانال‌های کلاسیکی که همزمان وجود دارن، انجام بدیم.»

آزمایش روش جدید

برای اینکه این روش جدید رو آزمایش کنن، کومار و تیمش یه کابل فیبر نوری ۳۰ کیلومتری رو راه‌اندازی کردن که تو هر سرش یه فوتون داشت. بعدش، اطلاعات کوانتومی و ترافیک اینترنت معمولی رو همزمان ازش رد کردن. آخر سر، کیفیت اطلاعات کوانتومی رو در سمت دریافت اندازه‌گیری کردن و در حین اجرای پروتکل تلپورت کردن، اندازه‌گیریای کوانتومی رو تو نقطه‌ی وسطی انجام دادن. محققا نتیجه گرفتن که اطلاعات کوانتومی با موفقیت منتقل شده، حتی با وجود ترافیک شلوغ اینترنت.

برنامه‌های آینده

کومار می‌خواد آزمایش‌ها رو رو مسافت‌های طولانی‌تر انجام بده. هم‌چنین، برنامه‌ داره که به‌جای یه جفت، از دو جفت فوتون درهم‌تنیده استفاده کنه تا تبادل درهم‌تنیدگی رو نشون بده؛ یه قدم مهم دیگه برای رسیدن به کاربردهای کوانتومی توزیع‌شده. در نهایت، تیمش دارن بررسی می‌کنن که آیا می‌شه آزمایش‌ها رو رو کابل‌های نوری زیرزمینی واقعی انجام داد، به‌جای قرقره‌ها تو آزمایشگاه.

با وجود کارهای زیادی که باید انجام بشه، کومار خوش‌بینه. اون می‌گه: «تلپورت کوانتومی این امکان رو داره که اتصال کوانتومی ایمنی رو بین نقاط جغرافیایی دور فراهم کنه.» و اضافه می‌کنه: «خیلی‌ها مدتهاست فکر می‌کنن که هیچ‌کس زیرساختای تخصصی برای فرستادن ذرات نور نمی‌سازه. ولی اگه طول موج‌ها رو درست انتخاب کنیم، دیگه نیاز نیست زیرساخت جدید بسازیم. ارتباطات کلاسیکی و ارتباطات کوانتومی می‌تونن با هم وجود داشته باشن.»