انتقال موفقیت‌آمیز سیگنال‌های کوانتومی در شبکه فیبر نوری شهری با تراشه Q-Chip

انتقال سیگنال‌های کوانتومی از طریق فیبر نوری شهری

سیگنال‌های کوانتومی به دلیل حساسیت فوق‌العاده بالا، همواره چالش‌های بزرگی را برای انتقال ایجاد کرده‌اند. هرگونه اندازه‌گیری مستقیم می‌تواند منجر به از بین رفتن درهم‌تنیدگی کوانتومی شود و نویز محیطی نیز خواندن آن‌ها را تقریباً غیرممکن می‌سازد. با این حال، محققان دانشگاه پنسیلوانیا توانسته‌اند این سیگنال‌های حساس را از طریق همان شبکه‌های پرترافیک اینترنت که سیگنال‌های IP استاندارد از آن عبور می‌کنند، منتقل کنند.

تراشه Q-Chip: پلی میان دنیای کلاسیک و کوانتوم

کلید این موفقیت بی‌سابقه، توسعه تراشه Q-Chip است. این تراشه سیلیکونی که توسط دانشگاه پنسیلوانیا طراحی شده، وظیفه هماهنگی میان سیگنال‌های سنتی و کوانتومی را بر عهده دارد. نام Q-Chip مخفف عبارت “Quantum-Classical Hybrid Internet by Photonics” به معنای «اینترنت هیبریدی کوانتومی-کلاسیک با فوتونیک» است.

• ترکیب سیگنال‌ها: Q-Chip قادر است سیگنال‌های کوانتومی و استاندارد را در یک بسته واحد ترکیب کرده و آن‌ها را با موفقیت روی شبکه‌های فیبر نوری شهری ارسال کند.
• ارسال و دریافت: این تراشه هم قابلیت ارسال و هم دریافت سیگنال‌ها را دارد.
• اصلاح نویز خودکار: بدون نیاز به اندازه‌گیری مستقیم سیگنال‌های کوانتومی، Q-Chip به طور خودکار نویز را اصلاح می‌کند.

چالش‌های انتقال سیگنال‌های کوانتومی

در محاسبات کوانتومی، برخلاف کامپیوترهای کلاسیک که از ترانزیستور و بیت استفاده می‌کنند، از کیوبیت‌ها بهره گرفته می‌شود. کیوبیت‌ها با پدیده درهم‌تنیدگی کوانتومی قادرند همزمان حالت‌های 0 و 1 و ترکیبی از آن‌ها را نمایش دهند. اما اندازه‌گیری سیگنال‌های کوانتومی باعث نابودی این ویژگی‌های منحصربه‌فرد می‌شود. این پدیده شبیه به آزمایش ذهنی شرودینگر است که در آن ذرات کوانتومی تنها تا زمان مشاهده در حالت برهم‌نهی باقی می‌مانند و پس از مشاهده به حالت 0 یا 1 تبدیل می‌شوند. این ویژگی، انتقال سیگنال‌های کوانتومی از طریق اینترنت را به یک چالش بزرگ تبدیل کرده بود.

راهکار نوآورانه Q-Chip

برای غلبه بر این مشکل اساسی، Q-Chip سیگنال کوانتومی را با یک سیگنال اینترنتی استاندارد مبتنی بر نور ترکیب می‌کند. در این روش:

• موتور مسیریابی: سیگنال استاندارد به عنوان موتور مسیریابی عمل می‌کند.
• محموله کوانتومی: سیگنال کوانتومی در کنار آن، مانند یک محموله، حرکت می‌کند بدون اینکه اندازه‌گیری شود.
• اصلاح نویز پیشرفته: این روش امکان اصلاح نویز را نیز فراهم می‌آورد، زیرا هر دو تراشه در بخش ارسال و دریافت، از وضعیت سیگنال استاندارد آگاه هستند و می‌توانند سیگنال کوانتومی را نیز تصحیح کنند.

آینده اینترنت کوانتومی

«لیانگ فنگ»، نویسنده ارشد این مقاله، اظهار داشت: «این تراشه نشان می‌دهد که می‌توان سیگنال‌های کوانتومی را در شبکه‌های تجاری زنده مانند Verizon با همان پروتکل‌های اینترنت کلاسیک مدیریت کرد. این پیشرفت، گامی مهم به سوی آزمایش‌های بزرگ‌تر و ایجاد اینترنت کوانتومی عملی است.»

سیستم Q-Chip قابلیت کار روی شبکه فیبر نوری شهری و دیگر زیرساخت‌های اینترنتی شهرها را دارد. با این حال، برای انتقال موفق سیگنال‌ها در فواصل طولانی‌تر و ایجاد ارتباط کوانتومی بین شهرها و فراتر از آن، تحقیقات بیشتری مورد نیاز است. این دستاورد، افق‌های جدیدی را برای توسعه اینترنت کوانتومی و کاربردهای آینده آن می‌گشاید.