تلپورت کوانتومی وارد اینترنت واقعی می شود

پیشرفت بزرگ تلپورت کوانتومی در اینترنت واقعی

دانشمندان آمریکایی در گامی مهم برای ارتباطات کوانتومی، برای نخستین بار موفق شدند تا یک حالت کوانتومی نور را در فاصله ۳۰ کیلومتری (تقریباً ۱۸ مایل) از طریق کابل فیبر نوری استاندارد، در شرایطی که جریان فعال داده‌های اینترنتی برقرار بود، تلپورت کنند. این آزمایش بی‌سابقه که در سال ۲۰۲۴ به سرانجام رسید، نقطه عطفی در توسعه شبکه‌های کوانتومی و ارتباطات امن و پیشرفته به شمار می‌رود.

اگرچه تلپورت کوانتومی معمولاً به آثار علمی–تخیلی مانند دستگاه‌های انتقال Star Trek نسبت داده می‌شود، اما واقعیت آن بسیار پیچیده‌تر است و به انتقال اطلاعات کوانتومی اشاره دارد، نه جابجایی آنی ماده فیزیکی. در این آزمایش، محققان موفق به انتقال یک حالت کوانتومی حساس شدند و موانع فنی که پیشتر این کار را ناممکن می‌ساخت، پشت سر گذاشتند.

مبانی علمی تلپورت کوانتومی

تلپورت کوانتومی با استفاده از پدیده درهم‌تنیدگی کوانتومی انجام می‌شود، که در آن دو ذره کوانتومی به گونه‌ای پیچیده به هم مرتبط می‌شوند که وضعیت یکی، بلافاصله وضعیت دیگری را تعیین می‌کند؛ فارغ از فاصله میان آنها. برای تلپورت یک حالت کوانتومی، اطلاعات حالت اولیه در یک نقطه از بین رفته و در مکانی دیگر بازسازی می‌شود؛ بدین ترتیب اطلاعات کوانتومی بدون گذر از فضای میانه، منتقل می‌گردد.

با این حال حالات کوانتومی بسیار آسیب‌پذیر هستند و عواملی همچون نویز الکترومغناطیسی، نوسانات حرارتی و حتی ترافیک داده‌های محیطی می‌تواند موجب تخریب این حالات شود؛ فرآیندی که «کاهش همدوسی» (decoherence) نامیده می‌شود. حفظ اطلاعات کوانتومی در آزمایشگاه‌ها و کامپیوترهای تخصصی به خودی خود چالش‌برانگیز است؛ اما انتقال آن از طریق کابل‌های فیبر نوری تجاری که روزانه ترابایت‌ها داده، ویدئو و پیام را حمل می‌کنند، سطح دشواری را افزایش می‌دهد.

نوآوری‌های فنی: محافظت از حالت‌های کوانتومی در میان ترافیک اینترنتی

تیم دانشگاه نورث‌وسترن به منظور محافظت از فوتون حامل اطلاعات کوانتومی در داخل فیبر نوری فعالی که تا ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه داده منتقل می‌کند، از فناوری‌ها و تکنیک‌های پیشرفته استفاده کرد. این اقدامات شامل انتخاب طول‌موج بهینه برای فوتون و مهندسی دقیق کانال انتقال بود تا احتمال پراکندگی سیگنال کوانتومی یا تداخل با داده‌های کلاسیک به حداقل برسد.

«ما دقیقاً بررسی کردیم که چگونه نور پراکنده می‌شود و فوتون‌های خود را در نقطه‌ای قرار دادیم که این پدیده در آن به حداقل رسیده است»، پریم کومار، سرپرست این پروژه از دانشگاه نورث‌وسترن توضیح داد. «ما نشان دادیم که ارتباطات کوانتومی می‌تواند بدون تداخل با کانال‌های کلاسیک به طور همزمان برقرار شود.»

گرچه مطالعات پیشین انتقال داده‌های کوانتومی را در محیط‌های شبیه‌سازی شده اینترنت نشان داده بودند، اما این دستاورد نخستین مورد از تلپورت یک حالت کوانتومی در کنار ترافیک واقعی و فعال اینترنت است.

پیامدها: به سوی اینترنت کوانتومی

این نوآوری پیشرفت بزرگی برای تحقیقات اینترنت کوانتومی و توسعه شبکه‌های نوین ارتباطی محسوب می‌شود. امکان استفاده همزمان از زیرساخت فیبر نوری موجود برای داده‌های کوانتومی و کلاسیک، تحقق اینترنت کوانتومی را ممکن و مقرون به صرفه‌تر از پیش‌بینی‌ها می‌کند. به گفته کومار: «کار ما راهی را به سوی شبکه‌های نسل آینده کوانتومی و کلاسیک روی یک زیرساخت مشترک فیبر نوری نشان می‌دهد. به بیان دیگر، دریچه‌ای را برای پیشبرد ارتباطات کوانتومی به مرحله‌ای تازه می‌گشاید.»

اینترنت کوانتومی قابلیت ایجاد ارتباطات فوق‌امن را فراهم می‌سازد، زیرا رمزگذاری آن براساس قوانین بنیادین فیزیک محافظت می‌شود. چنین شبکه‌ای نه‌تنها به فناوری‌های پیشرفته رایانش کوانتومی بلکه به سنجش فوق حساس و پیشرفت‌های اساسی در امنیت سایبری و رایانش توزیع‌شده کمک خواهد کرد.

کومار خاطر نشان کرد: «تلپورت کوانتومی امکان اتصال کوانتومی ایمن بین گره‌های جغرافیایی مختلف را فراهم می‌کند و اگر طول‌موج‌ها به‌درستی انتخاب شوند، نیازی به توسعه زیرساخت جدید نخواهد بود. ارتباطات کلاسیک و کوانتومی می‌توانند هم‌زمان روی یک بستر وجود داشته باشند.»

نگاهی به آینده: عصر تازه شبکه‌های کوانتومی

هر آزمایش موفق، چشم‌انداز تحقق اینترنت کوانتومی عملی را به واقعیت نزدیک‌تر می‌کند و ابزارهای جدیدی برای پایش، رمزگذاری و پردازش اطلاعات فراهم می‌آورد. همزیستی داده‌های کوانتومی و کلاسیک روی زیرساخت شبکه فعلی هزینه و پیچیدگی ورود به نسل جدید فناوری اینترنت را کاهش داده و دسترسی به ارتباطات کوانتومی امن و پرسرعت را برای جوامعی که روز به روز وابسته‌تر به شبکه‌های پیشرفته هستند، امکان‌پذیرتر می‌سازد.

جمع‌بندی

موفقیت تلپورت کوانتومی روی شبکه‌های فعال فیبر نوری نشان‌دهنده یک دستاورد کلیدی در علم اطلاعات کوانتومی است. این اتفاق نگاه‌های پیشین درباره ناسازگاری ارتباط کوانتومی با زیرساخت‌های فعلی را به چالش می‌کشد و مسیر گذر به سوی سیستم‌های دیجیتال کوانتومی و ایمن را تسریع می‌کند. با پیشرفت تحقیقات، مرز شبکه‌های سنتی و کوانتومی در حال از میان رفتن است؛ آینده‌ای نزدیک که در آن فناوری‌های کوانتومی، ارتباطات، محاسبات و امنیت سایبری را متحول خواهند کرد.