گروهی از محققان دانشگاه تنسی در چاتانوگا(University of Tennessee at Chattanooga) همراه با محققان آزمایشگاه ملی اوک ریج(ORNL) و شرکت EPB، اولین انتقال سیگنال درهم‌تنیده کوانتومی را از طریق یک شبکه تجاری با موفقیت توسعه داده و آزمایش کردند.

به نقل از آی‌ای، این یک گام مهم در ایجاد یک شبکه اینترنتی کوانتومی است که نسبت به شبکه‌های موجود از امنیت و توانایی بیشتری برخوردار است.

محاسبات یا رایانش کوانتومی از بیت کوانتومی یا کیوبیت برای ذخیره اطلاعات استفاده می‌کند. کیوبیت‌ها برخلاف بیت‌های باینری کلاسیک می‌توانند در بیش از یک حالت در لحظه وجود داشته باشند که اجازه می‌دهد ترکیبی از مقادیر فیزیکی در یک شیء واحد رمزگذاری شود.

کیوبیت‌ها همچنین می‌توانند درهم‌تنیده شوند و اطلاعات را بدون پیمودن فاصله فیزیکی از یک مکان به مکان دیگر منتقل کنند.

این ویژگی که به عنوان تله‌پورت کوانتومی(دورنوردی کوانتومی) شناخته می‌شود، جزء مهمی از یک شبکه مبتنی بر کوانتوم است.

ذرات نور یا فوتون‌ها را می‌توان به ‌عنوان کیوبیت در شکل‌های قطبی‌شده خود استفاده کرد و با استفاده از کابل‌های فیبر نوری موجود، مانند داده‌های محاسباتی کلاسیک منتقل کرد. با این حال، تغییرات در شرایطی مانند باد، رطوبت یا حتی دما می‌تواند قطبش نور را تغییر دهد و در سیگنال‌های ارسالی اختلال ایجاد کند.

اکنون تحقیقات مشترک توسط دانشمندان مستقر در چاتانوگا و ORNL برای رسیدگی به این مسائل در شبکه‌های موجود کار می‌کند.

اجتناب از خاموشی‌های دوره‌ای

جوزف چپمن(Joseph Chapman)، دانشمند تحقیقات کوانتومی در ORNL توضیح می‌دهد که اکثر راه حل‌های قبلی برای همه انواع قطبش کار نمی‌کنند.

وی گفت: اغلب راه‌حل‌های قبلی لزوماً برای همه انواع قطبی‌سازی کار نمی‌کردند و نیاز به معاوضه‌هایی مانند تنظیم مجدد دوره‌ای شبکه داشتند. افرادی که از شبکه استفاده می‌کنند، به آن نیاز دارند تا راه‌اندازی شود.

چپمن با منیر الشوکوان(Muneer Alshokwan)، یکی دیگر از دانشمندان تحقیقاتی در ORNL از جبران قطبش خودکار(APC) برای تثبیت قطبش امواج نور ارسال شده روی شبکه فیبر نوری درجه تجاری EPB استفاده کرد.

APCها می‌توانند استنتاج داده‌های ناشی از عوامل خارجی مانند باد و دما را کاهش دهند. این تیم از سیگنال‌های مرجع تولید شده توسط لیزر برای بررسی مداوم قطبش ارسالی استفاده کرد. این کار با استفاده از رویکردی به نام «تشخیص هترودین»(heterodyne detection) تأیید شد.

چپمن افزود: یک نوازنده باتجربه با یک جفت گوش خوب می‌تواند تفاوت را در زمانی که دو ساز نسبت به هم خارج می‌نوازند، تشخیص دهد. ما در APC خود از لیزر برای انجام همان کار با سیگنال‌های مرجع خود استفاده می‌کنیم.

محققان با استفاده از توموگرافی فرآیند کوانتومی به کمک درهم‌تنیدگی، خواص کانال کوانتومی را تخمین زدند. آنها دریافتند که هنگام اضافه شدن APC، انتقال نسبتاً پایدار باقی می‌ماند و نویز بسیار کم است.

چپمن افزود: رویکرد ما هر نوع قطبی‌سازی را کنترل می‌کند و نیازی به خاموش کردن دوره‌ای شبکه ندارد.

تلاش برای تحقق اینترنت کوانتومی

محققان با استفاده از رویکرد خود، سیگنال‌های درهم‌تنیده کوانتومی را بین پردیس دانشگاه تنسی چاتانوگا و دو ایستگاه شبکه کوانتومی EPB دیگر که هر کدام حدود نیم مایل از هم دور بودند، مخابره کردند.

این اولین نمایش از این روش است که تثبیت نسبتاً سریع را با حفظ سیگنال‌های کوانتومی فعال می‌کند. به این معنی که افراد در هر دو انتهای این انتقال متوجه هیچ وقفه‌ای در سیگنال نمی‌شوند و نیازی به هماهنگی زمان توقف برنامه‌ریزی شده ندارند.

اکنون محققان برای رویکرد خود درخواست ثبت اختراع کرده‌اند. آنها بر روی افزایش پهنای باند و جبران هزینه برای دستیابی به عملکرد سطح بالاتر، صرف نظر از شرایط محیطی کار خواهند کرد.

دیوید وید(David Wade)، مدیر عامل EPB در یک بیانیه مطبوعاتی نتیجه‌گیری کرد: کار با سازمان‌هایی مانند ORNL بازخورد ارزشمندی در مورد اینکه چگونه می‌توانیم به تقویت شبکه کوانتومی EPB به عنوان منبعی برای محققان، استارت‌آپ‌ها و مشتریان دانشگاهی ادامه دهیم، ارائه می‌دهد.