محققان دانشگاه تنسی در چاتانوگا، به همراه پژوهشگران آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) و شرکت EPB، برای نخستین بار انتقال موفق سیگنال درهم‌تنیده کوانتومی را از طریق یک شبکه تجاری آزمایش و توسعه دادند. این پیشرفت مهم، گامی بزرگ در مسیر ساخت یک اینترنت کوانتومی است که به دلیل امنیت و قابلیت‌های بالاتر، می‌تواند شبکه‌های موجود را به چالش بکشد.
دستیابی آمریکا به اولین سیگنال اینترنت کوانتومی بدون اختلال
محاسبات کوانتومی از کیوبیت‌ها برای ذخیره‌سازی اطلاعات استفاده می‌کند. برخلاف بیت‌های کلاسیک، کیوبیت‌ها می‌توانند در حالت‌های مختلف هم‌زمان وجود داشته باشند و این امکان را فراهم می‌آورد که اطلاعات به شکل ترکیبی از مقادیر فیزیکی در یک واحد رمزگذاری شوند. همچنین، کیوبیت‌ها می‌توانند در هم‌تنیده شده و اطلاعات را بدون نیاز به انتقال فیزیکی از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل کنند. این ویژگی که «تله‌پورت کوانتومی» یا دورنوردی کوانتومی نام دارد، یکی از ارکان شبکه‌های کوانتومی است.
ذرات نور یا فوتون‌ها می‌توانند به‌عنوان کیوبیت در حالت‌های قطبی‌شده خود استفاده شوند و از طریق کابل‌های فیبر نوری که برای داده‌های کلاسیک نیز به کار می‌روند، منتقل شوند. اما عواملی همچون باد، رطوبت و تغییرات دما می‌توانند بر قطبش نور تأثیر گذاشته و باعث اختلال در سیگنال‌ها شوند. به همین دلیل، تیم‌های تحقیقاتی در چاتانوگا و ORNL در حال تلاش برای حل این مشکلات در شبکه‌های موجود هستند.
حل مشکلات قطبش و جلوگیری از خاموشی‌های دوره‌ای
جوزف چپمن، دانشمند تحقیقات کوانتومی در ORNL، توضیح می‌دهد که بسیاری از راه‌حل‌های پیشین برای انواع مختلف قطبش مناسب نبوده و نیاز به تنظیمات دوره‌ای شبکه داشتند. وی اشاره کرد که این تنظیمات باعث می‌شد کاربران به طور مکرر برای راه‌اندازی مجدد شبکه مجبور به مداخله شوند. چپمن و همکارش منیر الشوکوان از روش جبران قطبش خودکار (APC) برای تثبیت قطبش نور ارسال شده استفاده کردند. این روش به کاهش اثرات عوامل خارجی همچون باد و دما کمک کرده و از اختلال در انتقال سیگنال جلوگیری می‌کند.
این تیم از سیگنال‌های مرجع تولید شده توسط لیزر برای بررسی مداوم قطبش استفاده کرد و این فرآیند با رویکردی به نام «تشخیص هترودین» (heterodyne detection) تأیید شد. چپمن توضیح داد: «مانند نوازندگان ماهری که می‌توانند تفاوت در صدای سازهای خود را تشخیص دهند، ما از لیزر برای بررسی دقیق سیگنال‌های مرجع استفاده می‌کنیم.»
نخستین انتقال موفق سیگنال‌های کوانتومی
محققان توانستند سیگنال‌های درهم‌تنیده کوانتومی را بین پردیس دانشگاه تنسی چاتانوگا و دو ایستگاه شبکه کوانتومی EPB منتقل کنند که هر یک حدود نیم مایل از یکدیگر فاصله داشتند. این نخستین بار است که چنین انتقالی با تثبیت سریع و بدون وقفه در سیگنال‌ها انجام می‌شود. این دستاورد به این معناست که در هر دو انتهای انتقال، هیچ اختلالی در سیگنال مشاهده نمی‌شود و نیازی به توقف یا هماهنگی زمان‌بندی ندارد.
پیشرفت‌های آینده در اینترنت کوانتومی
محققان اکنون در حال درخواست ثبت اختراع برای روش‌های خود هستند و قصد دارند با افزایش پهنای باند و کاهش هزینه‌ها، عملکرد این سیستم را بهبود بخشند. همچنین، دیوید وید، مدیرعامل EPB، در بیانیه‌ای اعلام کرد که همکاری با موسسات تحقیقاتی همچون ORNL، اطلاعات ارزشمندی در جهت تقویت شبکه کوانتومی EPB و فراهم آوردن منابع مفید برای محققان و استارتاپ‌ها به همراه خواهد داشت.
