درهم‌تنیدگی کوانتومی زنده در کابل‌های اینترنت به دست آمد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان دانشگاه نورث وسترن در ایالات متحده با استفاده از کابل‌های فیبر نوری که ترافیک اینترنت را حمل می‌کردند، درهم‌تنیدگی کوانتومی را با موفقیت نشان دادند.

در بیانیه مطبوعاتی آنها آمده است که این شاهکار، امکان استفاده از زیرساخت‌های جهانی موجود را برای کاربرد‌های سنجش و رایانش کوانتومی فراهم می‌کند.

به نقل از آی‌ای، محاسبات یا رایانش کوانتومی به لطف توانایی خود در انجام محاسبات بسیار پیچیده در عرض چند ساعت که توسط سریع‌ترین ابررایانه‌ها هم چندین دهه طول می‌کشد، می‌تواند جهان ما را به طور اساسی تغییر دهد.

این فناوری می‌تواند سرعت تحقیقات دارویی، مدل‌سازی مالی و بهینه‌سازی سیستم‌ها را تسریع کند و حتی در مبارزه با تغییرات آب و هوایی به ما کمک کند.

با این حال، رایانش کوانتومی به تنهایی کافی نخواهد بود. مقیاس کاربرد‌های سنجش و محاسبات کوانتومی تنها در صورتی می‌تواند افزایش یابد که بتوان داده‌های کوانتومی را به نقاط مختلف جهان منتقل کرد، درست مانند کاری که امروزه اینترنت برای داده‌های باینری انجام می‌دهد.

تله‌پورت کوانتومی چیست؟

تله‌پورت یا دورنوردی کوانتومی از درهم‌تنیدگی کوانتومی استفاده می‌کند، جایی که دو ذره به هم مرتبط هستند و می‌توانند اطلاعات را در فواصل زیاد بدون نیاز به طی کردن آن فاصله برای تاثیرگذاری بر هم ارائه دهند.

دورنوردی کوانتومی (Quantum teleportation) فرآیند جابجایی یک کیوبیت (واحد پایه اطلاعات کوانتومی) از یک محل به محل دیگر، بدون پیمایش فاصله است.

در حالی که در ارتباطات نوری، همه سیگنال‌ها با استفاده از میلیون‌ها ذره به نور تبدیل می‌شوند. اطلاعات کوانتومی فقط شامل فوتون‌های منفرد است. این می‌تواند ارتباطات را به دلیل ماهیت غیرقابل رهگیری حالت‌های کوانتومی، فوری و ایمن کند.

پرم کومار (Prem Kumar) استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه نورث‌وسترن می‌گوید: دورنوردی کوانتومی این توانایی را دارد که اتصال کوانتومی را بین گره‌های جغرافیایی دوردست فراهم کند. اما بسیاری مدت‌ها تصور می‌کردند که هیچ‌کس زیرساخت‌های تخصصی برای ارسال ذرات نور ایجاد نخواهد کرد.

آزمایشگاه کومار نشان داده است که این امر غیرضروری است، زیرا می‌توان داده‌های کوانتومی را با استفاده از کابل‌های فیبر نوری در حین حمل داده‌های اینترنتی از راه دور منتقل کرد.

درهم‌تنیدگی کوانتومی روی کابل فیبر نوری

تیم کومار می‌دانست که انتقال داده‌های کوانتومی از طریق کابل فیبر نوری شبیه به رانندگی با دوچرخه در بزرگراهی پر از کامیون‌های تندرو است؛ بنابراین آنها باید راهی می‌یافتند تا فوتون‌های خود را از این ترافیک شلوغ دور نگه دارند.

این تیم در کار قبلی خود مکانیسم پراکندگی را مورد مطالعه قرار داد که هنگام حرکت ارتباطات سنتی قوی و تک‌فوتون‌ها در کابل فیبر نوری، نویز ایجاد می‌کند.

جردن توماس (Jordan Thomas) دانشجوی دکترا و عضو آزمایشگاه کومار می‌گوید: ما دریافتیم که طول موج‌های خاص در باند O می‌تواند نویز را بسیار بسیار کمتر از سیگنال‌های کوانتومی سطح تک‌فوتون ما کاهش دهد. این به ما امکان داد در کنار ارتباطات سنتی با قدرت بسیار بالا به انتقال از راه دور دست پیدا کنیم که می‌تواند نرخ داده‌های ترابیت در ثانیه را بدون ایجاد اختلال در سیستم انتقال دهند.

محققان فوتون‌های خود را در جایی قرار دادند که پراکندگی به حداقل برسد و ارتباطات کوانتومی بدون تداخل انجام شود. این تیم برای آزمایش کار خود یک کابل فیبر نوری به طول ۱۸ مایل (۳۰ کیلومتر) با فوتون‌هایی در هر انتها راه‌اندازی کرد.

محققان پس از ارسال اطلاعات کوانتومی در کنار ترافیک معمولی اینترنت از طریق کابل، اطلاعات کوانتومی را با استفاده از یک پروتکل انتقال از راه دور اندازه‌گیری کردند و دریافتند که با موفقیت در حال انتقال است.

کومار و تیمش برای کار آینده خود می‌خواهند این آزمایش را در فاصله طولانی‌تری با استفاده از یک شبکه اینترنتی واقعی و نه یک زیرساخت آزمایشگاهی نشان دهند. علاوه بر این، این تیم همچنین می‌خواهد مبادله درهم‌تنیدگی را نشان دهد.

توماس توضیح داد که مبادله درهم‌تنیدگی گام بعدی و فراتر از دورنوردی کوانتومی است که شامل انتقال دو کیوبیت درهم‌تنیده یا «تبادل درهم‌تنیدگی» بین ذراتی است که هرگز برهم کنش نداشته‌اند.

وی در پایان گفت: این برنامه کاربردی دیگری است که برای دستیابی به عملیاتی مانند رایانش کوانتومی توزیع شده، سنجش کوانتومی و تکرارکننده‌های کوانتومی مورد نیاز است.

یافته‌های این پژوهش در مجله Optica منتشر شده است.