اولین انتقال کوانتومی داده‌ها از طریق اینترنت عمومی

تحقق تلپورت کوانتومی در کابل‌های فیبر نوری

مهندسان دانشگاه نورث‌وسترن برای اولین بار موفق به نشان دادن تلپورت کوانتومی بر روی یک کابل فیبر نوری شدند که در حال حاضر ترافیک اینترنت را منتقل می‌کند. این کشف امکان جدیدی را برای ترکیب ارتباطات کوانتومی با کابل‌های اینترنت موجود فراهم می‌کند و زیرساخت‌های مورد نیاز برای کاربردهای حسگری یا محاسبات کوانتومی توزیع‌شده را به طرز چشمگیری ساده می‌سازد. این مطالعه روز جمعه (۲۰ دسامبر) در نشریه Optica منتشر خواهد شد.

پرِم کومار، که رهبری این مطالعه را بر عهده داشته، گفت: “این موضوع فوق‌العاده هیجان‌انگیز است زیرا هیچ‌کس فکر نمی‌کرد این امکان وجود داشته باشد.” او افزود: “کار ما راهی را به سمت شبکه‌های کوانتومی و کلاسیک نسل بعدی که از زیرساخت فیبر نوری مشترک استفاده می‌کنند، نشان می‌دهد. به‌طور کلی، این موضوع درهای جدیدی را برای ارتقاء ارتباطات کوانتومی به سطح بعدی باز می‌کند.”

کومار، که یک کارشناس در زمینه ارتباطات کوانتومی است، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در مدرسه مهندسی مک‌کُرمیگ دانشگاه نورث‌وسترن است و مرکز ارتباطات و محاسبات فوتونیک را مدیریت می‌کند. تلپورت کوانتومی، که تنها به سرعت نور محدود است، می‌تواند ارتباطات را تقریباً آنی کند. این فرآیند با استفاده از درهم‌تنیدگی کوانتومی کار می‌کند، تکنیکی که در آن دو ذره به یکدیگر متصل می‌شوند، بدون توجه به فاصله بین آن‌ها. به جای اینکه ذرات به‌طور فیزیکی برای انتقال اطلاعات حرکت کنند، ذرات درهم‌تنیده اطلاعات را در فواصل زیاد تبادل می‌کنند – بدون اینکه به‌طور فیزیکی آن را حمل کنند.

کومار توضیح داد: “در ارتباطات نوری، تمام سیگنال‌ها به نور تبدیل می‌شوند.” او ادامه داد: “در حالی که سیگنال‌های متعارف برای ارتباطات کلاسیک معمولاً شامل میلیون‌ها ذره نور هستند، اطلاعات کوانتومی از فوتون‌های منفرد استفاده می‌کند.” قبل از مطالعه جدید کومار، باور عمومی این بود که فوتون‌های فردی در کابل‌هایی که پر از میلیون‌ها ذره نور حامل ارتباطات کلاسیک هستند، غرق می‌شوند. این مانند یک دوچرخه ضعیف است که سعی دارد از میان یک تونل شلوغ پر از کامیون‌های سنگین با سرعت بالا عبور کند.

پیشرفت‌های جدید در ارتباطات کوانتومی

کومار و تیمش راهی پیدا کردند تا فوتون‌های حساس از ترافیک شلوغ دور بمانند. پس از انجام مطالعات عمیق درباره چگونگی پخش نور در کابل‌های فیبر نوری، محققان طول موجی کمتر شلوغ برای قرار دادن فوتون‌های خود پیدا کردند. سپس، فیلترهای خاصی اضافه کردند تا نویز ناشی از ترافیک اینترنت معمولی را کاهش دهند.

کومار گفت: «ما به دقت بررسی کردیم که نور چگونه پخش می‌شود و فوتون‌های خود را در نقطه‌ای مناسب قرار دادیم که مکانیزم پخش حداقل باشد.» او افزود: «متوجه شدیم که می‌توانیم ارتباطات کوانتومی را بدون تداخل از کانال‌های کلاسیکی که به طور همزمان وجود دارند، انجام دهیم.»

آزمایش روش جدید

برای آزمایش این روش جدید، کومار و تیمش یک کابل فیبر نوری به طول ۳۰ کیلومتر راه‌اندازی کردند که در هر انتهای آن یک فوتون قرار داشت. سپس، اطلاعات کوانتومی و ترافیک اینترنت معمولی را به طور همزمان از آن عبور دادند. در نهایت، کیفیت اطلاعات کوانتومی را در انتهای دریافت اندازه‌گیری کردند و در حین اجرای پروتکل تلپورتیشن، اندازه‌گیری‌های کوانتومی را در نقطه میانی انجام دادند. محققان دریافتند که اطلاعات کوانتومی به طور موفقیت‌آمیز منتقل شده است، حتی با وجود ترافیک شلوغ اینترنت.

برنامه‌های آینده

کومار قصد دارد آزمایش‌ها را بر روی مسافت‌های طولانی‌تر گسترش دهد. او همچنین برنامه دارد تا از دو جفت فوتون درهم‌تنیده به جای یک جفت استفاده کند تا تبادل درهم‌تنیدگی را نشان دهد، که یک مرحله مهم دیگر برای دستیابی به کاربردهای کوانتومی توزیع‌شده است. در نهایت، تیم او در حال بررسی امکان انجام آزمایش‌ها بر روی کابل‌های نوری زیرزمینی واقعی به جای قرقره‌ها در آزمایشگاه است.

با وجود کارهای بیشتری که باید انجام شود، کومار خوش‌بین است. او گفت: «تلپورتیشن کوانتومی توانایی فراهم کردن اتصال کوانتومی به طور ایمن بین گره‌های جغرافیایی دور را دارد.» او افزود: «بسیاری از مردم مدت‌هاست که فرض کرده‌اند هیچ‌کس زیرساخت‌های تخصصی برای ارسال ذرات نور نخواهد ساخت. اگر طول موج‌ها را به درستی انتخاب کنیم، نیازی به ساخت زیرساخت جدید نخواهیم داشت. ارتباطات کلاسیکی و ارتباطات کوانتومی می‌توانند در کنار هم وجود داشته باشند.»