مسیر اینترنت کوانتومی هموار می‌شود

تحقیقات اخیر دانشمندان را یک قدم به ساختن شبکه‌ای که بتواند اطلاعات را به شکل قابل اتکاء و کاملا امن در طول فواصل بلند ارسال کند نزدیک‌تر کرد.

 

استفن ریتر و همکارانش در موسسه اپتیک کوانتومی ماکس‎پلانک در گارچینگ آلمان یک شبکه ابتدایی بین دو نقطه راه‌اندازی کرده‌اند. آن‌ها معتقدند که این دلیلی برای اثبات ایده‌شان است و می‌تواند روزی گسترش یافته و برای ایجاد شبکه‌های اطلاعاتی کوانتومی در مقیاس بزرگ به کار رود. این شبکه امنیت ارسال پیام را از طریق رمزنگاری با استفاده از حالت کوانتومی فوتون‌ها را تامین می‌کنند.

ریتر در مورد این نوع شبکه‌ها توضیح می‌دهد: «این امید وجود دارد که اینترنت کوانتومی تبادل اطلاعات کوانتومی را در مقیاس جهانی مشابه حالتی که امروزه در مورد اطلاعات سنتی وجود دارد میسر سازد».

شبکه اطلاعاتی کوانتومی از نظر علمی بسیار مورد توجه است چرا که مستعد استراق سمع نیست. رمزنگاری کوانتومی، که نخستین بار در سال ۱۹۸۴ توسط چارلز بنت از آی‌بی‌ام و گیلز برسارد از دانشگاه مونترآل معرفی شده است و مبتنی بر ارسال اطلاعات کدشده با حالت کوانتومی فوتون‌ها است، به عقیدهٔ بسیاری غیرقابل شکستن است.

طبق یک قانون اساسی مکانیک کوانتومی (اصل عدم قطعیت هایزنبرگ) وقتی یک سیستم کوانتومی مورد اندازه‌گیری قرار می‌گیرد، طبیعتش دستخوش تغییر می‌شود. به همین خاطر اطلاعاتی که با خواص کوانتومی ذرات -نظیر قطبش فوتون‌ها- کد شده‌اند ارتباط امن بین دو نقطه را امکان‌پذیر می‌سازد. هرگونه استراق سمعی لزوما خواص کوانتومی را به شکل محسوسی تغییر می‌دهد.

شبکه‌های اطلاعات کوانتومی اولیه قبلا ساخته شده‌اند. حداقل سه شرکت در حال حاضر دارای دستگاه‌های اطلاعاتی کوانتومی در بازار هستند. در سال ۲۰۰۸ نیز شهر ویناقدام به نصب یک شبکهٔ اطلاعات کوانتومی ک

رد که توسط اتحادیهٔ اروپا حمایت می‌شد. اما در این شبکه‌ها برخی نقطه‌ها تنها به عنوان فرستندهٔ اطلاعات و برخی دیگر تنها گیرنده هستند.

ریتر و همکارانش نقاط همه منظوره‌ای ساخته‌اند که قادر به دریافت، ذخیره‌سازی و ارسال اطلاعات کوانتومی هستند. آن‌ها این نقاط را در یک شبکهٔ اطلاعات کوانتومی اولیه با استفاده از اتم‌های روبیدیوم که کمابیش به صورت دائمی در حفره‌های نوری محصور شده‌اند، ساختند. (حفره‌های نوری تله‌های اتمی هستند که در دماهای بسیار پایین که در آن لیزرها برای شکل دهی به اتم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، ساخته می‌شوند) در این سیستم اطلاعات کوانتومی اتم‌های روبیدیوم به صورت قطبش فوتون‌ها کد شده و سپس فوتون‌ها به عنوان حامل‌های اطلاعات مورد استفاده قرار گرفتند.

ریتر معتقد است که اتم‌ها تنهای روبیدیوم حافظه‌های کوانتومی خوبی هستند و فوتون‌های منفرد نیز برای انتقال اطلاعات ایده‌آل می‌باشند. دو نقطهٔ مورد آزمایش ۲۱ متر از هم فاصله داشتند و البته اتصال فیبر نوری بین آن‌ها بیش از ۶۰ متر طول داشت.

ریتر توضیح می‌دهد که: «کار بسیار دشوار بود چون اطلاعات کوانتومی بسیار شکننده هستند و برای جلوگیری از تغییر و یا حتی از دست رفتن اطلاعات نیاز به کنترل کامل بر روی تمام اجزای شبکهٔ کوانتومی داشتیم.» او اضافه می‌کند که همکارش گرهارد رمپه ده سال گذشته را صرف توسعه و بهبود سیستم‌های حفره‌ای تک اتمی برای ایجاد یک رابطهٔ دوطرفه بین ماده و نور کرده است که در نهایت این نمایش اولیه از یک شبکهٔ کوانتومی را امکان‌پذیر ساخته است.

ریتر می‌گوید که تیمش برای ارتقاء تک تک بخش‌های این سیستم ابتدایی استراتژی خاصی دارد. یک مسیر بدیهی برای بهبود سیستم می‌تواند گسترش آن باشد به نحوی که از شبکه‌های دو نقطه‌ای فراتر رفته و معماری شبکه‌های پیچیده‌تر را نیز تحقق بخشد. هدف بلندمدت دیگر گروه نیز ساخت تکرار کننده‌های کوانتومی مبتنی بر سیستم‌های حفره‌های تک اتمی است که ارتباطات کوانتومی در طول مسافت‌های بلند را مقدور می‌سازد.