محققان دانشگاه نورث‌وسترن با موفقیت تله‌پورت کوانتومی را در کابل‌های فیبر نوری فعال که قبلاً برای ترافیک اینترنت استفاده می‌شدند، به نمایش گذاشتند.
این کشف جدید راهی برای ترکیب ارتباطات کوانتومی با زیرساخت اینترنت موجود فراهم می‌کند. این نوآوری می‌تواند پیاده‌سازی فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند محاسبات کوانتومی و حسگرها را بدون نیاز به شبکه‌های فیبر اختصاصی ساده‌تر کند.
دکتر پرم کومار، پژوهشگر ارشد و استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشکده مهندسی مک‌کورمیک دانشگاه نورث‌وسترن، می‌گوید:«این بسیار هیجان‌انگیز است زیرا کسی فکر نمی‌کرد که امکان‌پذیر باشد.»
او که مدیر مرکز ارتباطات فوتونی و محاسبات در نورث‌وسترن هم هست، توضیح داد:«کار ما مسیری به سوی نسل بعدی شبکه‌های کوانتومی و کلاسیک ارائه می‌دهد که یک زیرساخت فیبر نوری یکپارچه را به اشتراک می‌گذارند. اساساً، این دستاورد، ارتباطات کوانتومی را به سطح بعدی می‌رساند.»
مکانیزم تله‌پورت کوانتومی چیست؟
تله‌پورت کوانتومی راهی امن و فوق‌العاده سریع برای تبادل اطلاعات در فاصله‌های زیاد بدون نیاز به انتقال مستقیم فراهم می‌کند. این فناوری بر پدیده درهم‌تنیدگی کوانتومی متکی است، حالتی که در آن دو ذره بدون توجه به فاصله بینشان با یکدیگر مرتبط باقی می‌مانند. به جای ارسال ذرات فیزیکی، اطلاعات بین ذرات درهم‌تنیده در فاصله‌های طولانی کدگذاری و منتقل می‌شود.
کومار توضیح داد: «در ارتباطات نوری، همه سیگنال‌ها به نور تبدیل می‌شوند. ارتباطات کلاسیک معمولاً از میلیون‌ها فوتون استفاده می‌کند، در حالی که ارتباطات کوانتومی به فوتون‌های منفرد متکی است.»
جردن توماس، دانشجوی دکترای و نویسنده اصلی این مطالعه، فرآیند را توضیح داد: «با انجام یک اندازه‌گیری روی دو فوتون (یکی حامل اطلاعات کوانتومی و دیگری درهم‌تنیده با فوتونی دوردست) حالت کوانتومی به فوتون دور منتقل می‌شود. فوتون نیازی ندارد که مسافت طولانی را طی کند، اما حالت آن به فوتون دور کدگذاری می‌شود.»
این نوآوری کلیدی می‌تواند معضل ترافیک اینترنت را حل کند
یکی از موانع اصلی در دستیابی به تله‌پورت کوانتومی در کابل‌های فعال اینترنت، تداخل ناشی از سیگنال‌های ارتباطی کلاسیک بود. در یک کابل فیبر نوری پر از سیگنال‌های معمولی، فوتون‌های درهم‌تنیده ممکن است تحت تأثیر قرار گیرند، مانند دوچرخه‌ای که در یک بزرگراه پر از کامیون‌های سریع حرکت می‌کند.
تیم کومار با شناسایی طول موج‌های کمتر شلوغ برای فوتون‌های کوانتومی و استفاده از فیلترهای ویژه برای کاهش نویز ناشی از ترافیک معمول اینترنت، این چالش را حل کرد.
کومار گفت: «ما پراکندگی نور در کابل‌های فیبر نوری را به‌دقت تحلیل کردیم و فوتون‌های خود را در طول موجی قرار دادیم که این مکانیسم پراکندگی حداقل بود. این امر به ما اجازه داد تا بدون تداخل از کانال‌های کلاسیک، ارتباطات کوانتومی را همزمان انجام دهیم.»
برای آزمایش روش جدید، محققان یک کابل فیبر نوری به طول ٣٠ کیلومتر تنظیم کردند که در دو انتهای آن فوتون‌ها قرار داشتند. آن‌ها به‌طور همزمان اطلاعات کوانتومی و ترافیک اینترنت پرسرعت را از طریق کابل ارسال کردند و کیفیت اطلاعات کوانتومی را در انتهای دریافت اندازه‌گیری کردند. نتایج موفقیت‌آمیز بودن تله‌پورت کوانتومی را حتی در حضور ترافیک سنگین اینترنت تأیید کرد.
توماس گفت: «این اولین نمایش از تله‌پورت کوانتومی در این شرایط است. این دستاورد امکان برنامه‌های کوانتومی پیشرفته‌تر را بر روی زیرساخت موجود فراهم می‌کند.»
چشم‌انداز آینده تله‌پورت کوانتومی
تیم تحقیقاتی برنامه دارد این آزمایش‌ها را در فاصله‌های طولانی‌تر گسترش دهد و از دو جفت فوتون درهم‌تنیده به‌جای یک جفت استفاده کند تا تبادل درهم‌تنیدگی را نشان دهد، که گامی مهم برای برنامه‌های کوانتومی توزیع‌شده است. علاوه بر این، آن‌ها قصد دارند آزمایش‌ها را به کابل‌های نوری واقعی زیرزمینی منتقل کنند.
کومار گفت: «تله‌پورت کوانتومی می‌تواند به‌طور امن گره‌های جغرافیایی دوردست را به هم متصل کند. نکته کلیدی اینجاست که نیازی به زیرساخت‌های اختصاصی نداریم. با انتخاب طول موج‌های مناسب، ارتباطات کلاسیک و کوانتومی می‌توانند به‌طور یکپارچه همزیستی داشته باشند.»
این پیشرفت، گامی مهم به سوی ادغام فناوری‌های کوانتومی با شبکه‌های ارتباطی موجود است و امکان‌پذیری تحولاتی در ارتباطات امن و فراتر از آن را فراهم می‌کند.