دانشمندان معتقدند که یک گام به اینترنت کوانتومی نزدیکتر شدهاند
در حالیکه اینترنت کوانتومی سالها بهعنوان مفهومی آیندهنگر و دور از دسترس شناخته میشد، پژوهشهای اخیر نشان میدهند که این فناوری میتواند با زیرساختهای فعلی اینترنت کلاسیک همزیستی کند. از انتقال ذرات کوانتومی با استفاده از شبکههای عمومی گرفته تا استفاده از پروتکلهای رایج اینترنت برای ارسال سیگنالهای درهمتنیده، دانشمندان اکنون گامهایی عملی بهسوی تحقق اینترنتی برداشتهاند که نهتنها سریعتر، بلکه ایمنتر و هوشمندتر خواهد بود. این پیشرفتها میتوانند مسیر را برای گذار تدریجی از عصر اطلاعات کلاسیک به عصر اطلاعات کوانتومی هموار کنند.
اینترنت کوانتومی سالها مفهومی مبهم و آیندهنگر بود که وعده میداد عصر اطلاعات کنونی را به عصر اطلاعات کوانتومی ارتقاء دهد. در سادهترین حالت، این فناوری بر انتقال موفق دادههای کوانتومی تمرکز دارد تا بتوان از ویژگیهای قدرتمند کیوبیتها بهرهبرداری کرد. بهویژه، این فناوری امکان استفاده از درهمتنیدگی و برهمنهی کوانتومی را فراهم میکند، ویژگیهایی که میتوانند به اینترنتی غیرقابل نفوذ (یا دستکم بسیار سختتر برای نفوذ) منجر شوند.
با این حال، شبکه اطلاعاتی مدرن یکشبه ساخته نشده و اگر اینترنت کوانتومی نیازمند زیرساخت اختصاصی خود باشد، گسترش چنین فناوریای ممکن است سالها یا حتی دههها طول بکشد تا تأثیر خود را نشان دهد. اما در ماههای اخیر، شواهد فزایندهای نشان میدهند که اینترنت کوانتومی میتواند از همان سختافزارهایی استفاده کند که در حال حاضر برای رایانههای کلاسیک بهکار میروند.
اوایل امسال، دانشمندان دانشگاه نورثوسترن موفق شدند یک ذره کوانتومی را با استفاده از زیرساخت عمومی اینترنت منتقل کنند. اکنون، مطالعهای جدید به رهبری دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا (Penn) نشان داده که میتوان سیگنالهای کوانتومی را از طریق شبکه فیبر نوری محلی شرکت Verizon و با استفاده از همان پروتکل اینترنتی (IP) که ستون فقرات اینترنت امروزی را تشکیل میدهد، منتقل کرد. نتایج این مطالعه در نشریه Science منتشر شده است.
برای دستیابی به این هدف، تیمی به رهبری لیانگ فِنگ، استاد علوم و مهندسی مواد دانشگاه پنسیلوانیا، تراشهای به نام «Q-Chip» طراحی کردهاند که دادههای کلاسیک و کوانتومی را بهطور همزمان هماهنگ میکند.
فنگ، نویسنده ارشد این مطالعه، در بیانیهای مطبوعاتی گفت: «با نشان دادن اینکه یک تراشه یکپارچه میتواند سیگنالهای کوانتومی را در یک شبکه تجاری زنده مانند Verizon مدیریت کند و آن هم با استفاده از همان پروتکلهایی که اینترنت کلاسیک را اجرا میکنند، ما گام مهمی بهسوی آزمایشهای بزرگمقیاس و اینترنت کوانتومی عملی برداشتهایم.»
برای عملکرد صحیح اینترنت کوانتومی، حفظ حالت کوانتومی بسیار حیاتی است. در غیر این صورت، کیوبیتها دچار واپاشی شده و به بیتهای کلاسیک تبدیل میگردند. این موضوع چالشبرانگیز است، زیرا شبکههای اطلاعاتی معمول برای هدایت بستههای داده به مقصد صحیح، اطلاعات را اندازهگیری میکنند اما در مورد کیوبیتها، این اندازهگیری حالت کوانتومی را از بین میبرد. بنابراین، فنگ و تیمش راهحلی هوشمندانه طراحی کردهاند: ارسال سیگنالهای کلاسیک پیش از اطلاعات درهمتنیده، مانند لوکوموتیو کلاسیکی که محموله کوانتومی مهر و مومشده را حمل میکند، بهطوریکه اطلاعات در جریان کلاسیک قابل خواندن باشد، بدون آنکه جریان کوانتومی آسیب ببیند.
ییچی ژانگ، نویسنده اصلی مطالعه و دانشجوی دکتری در دانشگاه پنسیلوانیا، در بیانیهای مطبوعاتی گفت: «سربرگ کلاسیک مانند موتور قطار عمل میکند، در حالیکه اطلاعات کوانتومی در واگنهای مهر و مومشده پشت سر آن حرکت میکنند. شما نمیتوانید این واگنها را باز کنید بدون آنکه محتوای داخلشان از بین برود، اما موتور تضمین میکند که کل قطار به مقصد برسد.»
او افزود: «با جاسازی اطلاعات کوانتومی در چارچوب آشنای IP، نشان دادیم که اینترنت کوانتومی میتواند واقعاً همان زبان اینترنت کلاسیک را صحبت کند. این سازگاری برای گسترش با استفاده از زیرساختهای موجود بسیار حیاتی است.»
البته، چالشهای دیگری نیز وجود دارند که هنگام خروج هر فناوری از محیط آزمایشگاهی پدیدار میشوند. شرایط قابل پیشبینی آزمایشگاه جای خود را به سیستمهای آشفتهای میدهند که تحت تأثیر دما، آبوهوا و فعالیتهای انسانی قرار دارند. اما بار دیگر، از آنجا که «موتور» کلاسیک قابل اندازهگیری است، تیم تحقیقاتی میتواند تداخلهایی را که بر سیگنال کوانتومی اثر میگذارند، بهعنوان نوعی اصلاح خطا استخراج کند. پس از آزمایش، این سیستم در شرایط واقعی دقتی معادل ۹۷ درصد ارائه داد.
این بدان معنا نیست که اینترنت کلاسیک ما یکشبه به اینترنت کوانتومی تبدیل خواهد شد. یک مانع بزرگ همچنان باقی است. اطلاعات کوانتومی را نمیتوان مانند اطلاعات کلاسیک با تکرارکنندهها تقویت کرد، زیرا این روش درهمتنیدگی کوانتومی را از بین میبرد. این محدودیت، گسترش چنین شبکهای را فراتر از یک شهر دشوار میسازد، چه برسد به کل جهان؛ اما نویسندگان این مطالعه تأکید میکنند که نشان دادن امکان ارسال اطلاعات کوانتومی از طریق سختافزار موجود اینترنت با استفاده از تراشههای سیلیکونی قابل تولید انبوه، گامی بزرگ بهسوی آینده است.
