محققان دانشگاه نورث‌وسترن با دستیابی به یک دستاورد مهم توانسته‌اند انتقال کوانتومی (Quantum Teleportation) را از طریق یک کابل فیبر نوری که همزمان ترافیک اینترنت معمولی را هم حمل می‌کند، به نمایش بگذارند.
به گزارش تکناک، این نوآوری پتانسیل ادغام ارتباطات کوانتومی و کلاسیک را ساده‌تر می‌کند و راهی برای زیرساخت‌های مشترک ارائه می‌دهد. این آزمایش نشان داد که اطلاعات کوانتومی می‌توانند همراه با داده‌های معمولی و بدون ایجاد تداخل منتقل شوند و این موضوع ارتباطات کارآمدتر و امن‌تری را به دنبال خواهد داشت.
این دستاورد نشان می‌دهد که ارتباطات کوانتومی می‌توانند با زیرساخت‌های موجود اینترنت ادغام شوند و نیازی به شبکه‌های اختصاصی نخواهد بود، که این موضوع فناوری‌های لازم برای رایانش و حسگرهای کوانتومی را ساده‌تر می‌کند.
پرم کومار، رهبر این تحقیق گفت: «این نوآوری بسیار هیجان‌انگیز است، چرا که هیچ‌کس به امکان‌پذیری آن فکر نمی‌کرد. کار ما با استفاده از یک زیرساخت مشترک فیبر نوری، مسیری را به سوی شبکه‌های کوانتومی و کلاسیک نسل بعدی باز می‌کند. این کار باعث ارتقای ارتباطات کوانتومی می‌شود.»
فهرست مطالب
مکانیسم‌های انتقال کوانتومی
انتقال کوانتومی تنها به سرعت نور محدود است و می‌تواند ارتباطات را به صورت آنی انجام دهد. این فرایند با استفاده از درهم‌تنیدگی کوانتومی کار می‌کند و تکنیکی است که در آن دو ذره فارغ از فاصله‌ای که بین آنها وجود دارد، به هم پیوند می‌خورند.
به جای اینکه ذرات به صورت فیزیکی سفر کنند تا اطلاعات را انتقال دهند، ذرات درهم‌تنیده اطلاعات را بدون اینکه فیزیکی آن را حمل نمایند، از راه دور تبادل می‌کنند.
کومار توضیح داد: «در ارتباطات اپتیکی، تمام سیگنال‌ها به نور تبدیل می‌شوند. در حالی که سیگنال‌های معمولی برای ارتباطات کلاسیک اغلب از میلیون‌ها ذره نور تشکیل شده‌اند، اما اطلاعات کوانتومی از فوتون‌های تک استفاده می‌کنند.»
نوآوری در مدیریت فوتون‌ها
قبل از مطالعه جدید کومار، این باور عمومی وجود داشت که فوتون‌های تک می‌توانند در کابل‌هایی که میلیون‌ها ذره نور را برای ارتباطات سنتی حمل می‌کنند، غرق شوند. این شبیه به تلاش یک دوچرخه ضعیف برای حرکت در تونلی پر از کامیون‌های سنگین است.
با وجود این، کومار و تیم او راهی پیدا کردند تا فوتون‌های حساس را از ترافیک شلوغ عبور دهند. پس از انجام مطالعات دقیق درباره نحوه پخش نور در کابل‌های فیبر نوری، محققان طول موج کمتری از نور را برای قرار دادن فوتون‌های خود یافتند. سپس فیلترهای خاصی را برای کاهش نویز از ترافیک اینترنت معمولی اضافه کردند.
کومار در این باره گفت: «ما به دقت مطالعه کردیم که چگونه نور پخش می‌شود و فوتون‌های خود را در نقطه‌ای قرار دادیم که این مکانیسم پخش حداقل باشد. سپس دریافتیم که می‌توانیم ارتباطات کوانتومی را بدون تداخل از کانال‌های کلاسیک که همزمان وجود دارند، انجام دهیم.»
آینده و گسترش آزمایش
کومار و تیم او برای آزمایش این روش جدید، یک کابل فیبر نوری به طول 30 کیلومتر با یک فوتون در هر انتها راه‌اندازی کردند. سپس به طور همزمان اطلاعات کوانتومی و ترافیک اینترنت معمولی را از طریق آن انتقال دادند.
در نهایت، کیفیت اطلاعات کوانتومی در انتهای کابل اندازه‌گیری شد، در حالی که پروتکل انتقال کوانتومی با انجام اندازه‌گیری‌های کوانتومی در نقطه میانه اجرا می‌شد. محققان به این نتیجه رسیدند که اطلاعات کوانتومی با موفقیت منتقل شده است؛ حتی با ترافیک اینترنتی که در حال عبور بود.
کومار در مرحله بعد قصد دارد این آزمایش‌ها را روی مسافت‌های طولانی‌تر گسترش دهد. همچنین قصد دارد به جای یک جفت، از دو جفت فوتون درهم‌تنیده استفاده کند تا درگیر شدن فوتون‌ها را نشان دهد، که یکی از مراحل مهم برای توسعه برنامه‌های کوانتومی توزیع‌شده است.
در نهایت، تیم او در حال بررسی امکان انجام آزمایش‌ها روی کابل‌های نوری زیرزمینی واقعی است، تا فقط محدود به قرقره‌ها در آزمایشگاه نشود.
کومار اعلام کرد: «انتقال کوانتومی می‌تواند ارتباطات امنی را بین نقاط دور فراهم کند. بسیاری از افراد مدت‌ها تصور می‌کردند که هیچ‌کس زیرساخت‌های خاصی برای ارسال ذرات نور نخواهد ساخت. اما اگر طول موج‌ها را به درستی انتخاب کنیم، نیازی به ساخت زیرساخت‌های جدید نخواهیم داشت و ارتباطات کلاسیک و کوانتومی می‌توانند همزمان با هم کار کنند.»
نتایج این تحقیق 20 دسامبر در مجله Optica منتشر شد.
