دانشمندان چینی شبکه‌های ارتباطات کوانتومی را تا ۲۳۰۰ مایل گسترش دادند

دانشمندان چینی با ساخت شبکه‌های کوانتومی بلندبرد، توانستند ارتباط کوانتومی امنی را در فاصله ۲۳۰۰ مایل (۳۷۰۰ کیلومتر) به‌ نمایش بگذارند.

به گزارش سرویس فناوری تک‌ناک، در حالی که دانشمندان و شرکت‌ها به دنبال ساخت رایانه‌های کوانتومی بدون خطا هستند، این دستگاه‌ها در صورت ناتوانی در برقراری ارتباط و تبادل اطلاعات از طریق شبکه کوانتومی، بی‌فایده خواهند بود. به همین دلیل، توسعه شبکه‌های کوانتومی امن یکی از محورهای اصلی پژوهش‌ها بوده است. بیشتر تلاش‌ها بر این متمرکز بوده است که شبکه‌های کوانتومی بتوانند از زیرساخت فیبر نوری موجود بهره ببرند، اما محدودیت‌هایی مانند هزینه بالای تجهیزات و برد محدود، روند توسعه را کند کرده است.

حتما بخوانید: آشکارسازی حرکت کوانتومی پنهان در ابررساناها با نخستین میکروسکوپ تراهرتزی جهان

محدودیت‌های QKD

توزیع کلید کوانتومی (QKD) به‌ عنوان استاندارد طلایی ارتباطات کوانتومی شناخته می‌شود. این روش نفوذپذیر نیست و هرگونه تلاش برای شنود شبکه‌های کوانتومی به سرعت شناسایی می‌شود. با وجود این، همین ویژگی‌ها باعث می‌شوند که شبکه نتواند به‌ صورت هم‌زمان چند کاربر را پشتیبانی کند. هسته اصلی QKD شامل «گره‌های واسطه مطمئن» است که کلیدهای کوانتومی را در طول مسیر مدیریت می‌کنند، اما همین گره‌ها می‌توانند نقاط آسیب‌پذیری بالقوه‌ای در شبکه ایجاد کنند. محققان دانشگاه پکن تصمیم گرفتند این گره‌ها را حذف کنند تا شبکه‌ای امن‌تر و کارآمدتر ایجاد شود. علاوه بر این، سیستم‌های QKD به‌ صورت سفارشی ساخته می‌شوند و هزینه تولید آنها بسیار بالا است. بنابراین پژوهشگران راهکار خود را مبتنی بر فناوری‌هایی طراحی کردند که قابلیت تولید صنعتی و مقیاس‌پذیری گسترده داشته باشد.

برای مطالعه بیشتر: تایوان از رایانه کوانتومی ابررسانای ۲۰ کیوبیتی کاملا بومی رونمایی کرد

راز موفقیت در شبکه‌های کوانتومی بلندبرد

در سمت سرور، پژوهشگران دانشگاه Peking University از «شانه نوری فوق‌پایدار» بهره بردند که خطوط لیزری بسیار پایدار و هم‌فرکانس تولید می‌کند. این شانه، یک تراشه کم‌فرکانس کوچک‌تر از ناخن است، که امکان کارکرد دستگاه‌ها بر مبنای زمانی ثابت با پهنای تنها ۴۰ هرتز را فراهم می‌کند. در سمت کاربر، تیم از ۲۰ تراشه فرستنده کوانتومی مستقل با مجموعه کاملی از قابلیت‌ها استفاده کرد، که مانند اپراتورهای تلگراف در سطح کوانتومی عمل می‌کردند. فرستنده‌ها به‌ صورت جفت کار می‌کردند و سیگنال‌ها را از شانه مرکزی دریافت و اطلاعات را در قالب پالس‌های نوری رمزگذاری می‌کردند تا از طریق کابل فیبر نوری منتقل شوند.

بیشتر بخوانید: چین نخستین رادیوی کوانتومی را برای عملیات نظامی و مناطق مرزی آزمایش کرد

کابل استفاده‌شده در آزمایش‌ها حدود ۲۳۰ مایل (۳۷۰ کیلومتر) طول داشت و مدولاتورهای تراشه نرخ موفقیت ۹۷.۵ درصدی را ثبت کردند. از آنجا که هر جفت قادر به برقراری ارتباط تا ۲۳۰ مایل بود، مجموع قابلیت شبکه‌ای ۲۰ تراشه به ۲۳۰۰ مایل (۳۷۰۰ کیلومتر) رسید. تراشه‌های سمت سرور و کاربر هر دو عملکرد بالایی داشتند و با تراشه‌های صنعتی ساخته شده بودند، که امکان مقیاس‌پذیری و تولید انبوه را فراهم می‌کرد.

محققان امیدوار هستند که این فناوری بتواند شبکه‌های کوانتومی بین‌شهری را بدون نیاز به گره‌های واسطه راه‌اندازی کند و استفاده از کابل‌های فیبر نوری استاندارد نشان می‌دهد که این شبکه‌ها در آینده نیازمند کابل‌های خاص نخواهند بود. فناوری فعلی هنوز برای بهره‌برداری عملی آماده نیست و تنها در شرایط کنترل‌شده آزمایشگاهی قابل اجرا است. تیم تحقیقاتی برای رفع این محدودیت، فاز بعدی پروژه را آغاز کرده، که شامل ادغام آشکارسازهای تک‌فوتون و تغییر دهنده فرکانس نوری روی تراشه سرور و افزایش تعداد کانال‌های میکروکامب است تا امکان سرویس‌دهی هم‌زمان به تعداد بیشتری از کاربران فراهم شود.