پژوهشگران با موفقیت فوتونهای درهمتنیده را از مسیر ۶۲ کیلومتری فیبر نوری هوایی و در شرایط واقعی محیطی منتقل کردند؛ آزمایشی که گام مهمی برای ساخت شبکههای کوانتومی عملی و امن به شمار میرود.
به گزارش سیناپرس، اگر دانشمندان بتوانند شبکههایی را بر اساس فیزیک کوانتومی توسعه دهند، پتانسیل بسیار زیادی خواهد داشت. این امر میتواند امنیت ارتباطات را بهبود بخشد، قابلیتهای رایانههای کوانتومی را متحد کند و به ایجاد ابزارهای تحقیقاتی نسل بعدی کمک کند، اما یک چالش کلیدی در پدیدهای کوانتومی به نام «درهمتنیدگی» نهفته است؛ یعنی روشی که دو شیء میتوانند صرف نظر از فاصله بین خود، به طور جداییناپذیری به هم متصل شوند.
وقتی یکی از اشیاء جفت شده اندازهگیری میشود، نتایج اندازهگیری انجام شده روی دیگری را تعیین میکند. تا اینجا همه چیز کوانتومی است، اما عبور ذرات درهمتنیده از کانالهای ارتباطی فیبر نوری موجود، واقعاً دشوار است، چرا که حالتهای کوانتومی خارج از شرایط آزمایشگاهی ایدهآل، به راحتی تحریف میشوند.
اکنون محققان به رهبری تیمی در موسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده(NIST) موفق شدهاند ذرات نور (فوتونها) را با موفقیت از طریق ۶۲ کیلومتر کابلکشی شبکه موجود، بدون شکستن درهمتنیدگی آنها منتقل کنند.
ییچنگ شی(Yicheng Shi)، فیزیکدان NIST میگوید: من این را یک آزمایش تحت فشار برای سیستمهای شبکه کوانتومی مینامم. ما این را در محیطی واقعاً مستعد اختلال آزمایش کردیم و به طرز شگفتآوری معلوم شد که هنوز هم کار میکند.
اگرچه این به معنای دقیق کلمه یک رکورد نیست، اما به دلیل تنظیمات، قابل توجه است. بخش زیادی از کابلهای فیبر نوری مورد استفاده در این آزمایش، روی زمین بودند نه زیر زمین که بین تیرهای کنار خیابان بین NIST و دانشگاه مریلند کشیده شده بودند.
این کابلها در معرض باد، تغییرات دما و ارتعاشات ناشی از هر چیزی در اطرافشان در محیط، از جمله ترافیک و عبور پرندگان قرار دارند.
در حالی که فیلمهای پخش ویدیو و تماسهای ویدیویی که دادههای اینترنت کلاسیک را تشکیل میدهند، تحت تأثیر این شرایط قرار نمیگیرند، دادههای کوانتومی قطعاً تحت تأثیر این شرایط قرار میگیرند. محیط با قطبش فوتونها (جهتی که میدان الکتریکی آنها در امتداد آن ارتعاش میکند و اطلاعات درهمتنیدگی در آن قرار دارد) تداخل میکند.
اولیور اسلاتری(Oliver Slattery)، فیزیکدان NIST میگوید: این تقریباً بدترین اتصالی است که میتوانید داشته باشید. محققان برای حل مشکل تداخل از یک سیگنال نور لیزر به عنوان نقطه مرجع استفاده کردند و با محاسبه میزان پیچش این نور لیزر توانستند اصلاحات مربوطه را بر روی فوتونهای درهمتنیده اعمال کنند.
مقداری تناوب بین فوتونهای درهمتنیده و نور لیزر مورد نیاز بود، اما این تنها ۷.۲ درصد از زمان عملیات در آزمایش را به خود اختصاص داد. ۹۲.۸ درصد دیگر را میتوان برای ارسال اطلاعات کوانتومی پایدار استفاده کرد.
محققان در مقاله منتشر شده خود نوشتهاند: نتایج ما امکان توزیع فوتونهای درهمتنیده با قطبش را بر روی شرایط چالشبرانگیز فیبر نشان میدهد که گامی مهم در جهت استقرار عملی شبکههای کوانتومی است.
اخیراً رکوردهای درهمتنیدگی کوانتومی ۴۲۰ کیلومتر فیبر نوری را طی کردهاند، اما این نتایج جدید از محیطهای بسیار آشفته دنیای واقعی حاصل شدهاند.
محققان میگویند: اگرچه فیبرهای نوری هوایی معمولاً کانالهای کوانتومی نامناسبی برای انتقال فوتونهای رمزگذاریشده با قطبش یا فوتونهای درهمتنیده با قطبش در نظر گرفته میشوند، اما ما نشان میدهیم که اگر اتصال فیبر به طور فعال تثبیت شود، توزیع پایدار درهمتنیدگی قطبش قابل دستیابی است.
هرچند نتایج این آزمایش در دنیای واقعی دلگرمکننده است، اما هنوز کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد. نرخ انتقال ۲۰۰ تا ۱۵۰۰ فوتون درهمتنیده در ثانیه بد نیست، اما برای تحقق واقعی اینترنت کوانتومی باید بهبود یابد.
محققان خاطرنشان کردند که راهاندازی سختافزار سریعتر و الگوریتمهای نرمافزاری کارآمدتر، هر دو ارتقاهای بالقوهای هستند. با این حال، این مطالعه شواهد بیشتری ارائه میدهد که شبکههای کوانتومی یک فناوری ارزشمند برای پیگیری هستند. یکی از راههای استفاده از آن، پیوند دادن تلسکوپها در دو نقطه جداگانه روی زمین است که فوتونهای درهمتنیده آنها را قادر میسازد تا اساساً به عنوان یک ابزار غولپیکر کار کنند.
به نقل از ایسنا، همچنین ارتقاء امنیت کوانتومی که این سیستمها میتوانند به اینترنت ارائه دهند، وجود دارد. گرههای شبکه که در فواصل زیاد از هم قرار دارند، میتوانند یک «کد» مخفی برای تأیید دادهها به اشتراک بگذارند که در حین انتقال قابل رهگیری نیست، زیرا این کد تا زمانی که بررسی نشود، تنظیم نمیشود. شی میگوید: این نشان میدهد که پروتکلهای شبکه کوانتومی میتوانند در محیطهای دنیای واقعی کار کنند.
این پژوهش در مجله ارتباطات و شبکه نوری(Optical Communications and Networking) منتشر شده است.