إن إنشاء نفس البلورة من خلال طريقة بديلة يمكن أن يؤدي إلى توسيع نطاق الشبكات الكمومية بشكل كبير، مما يزيد مداها من بضعة كيلومترات فقط إلى ما يصل إلى 2000 كيلومتر. وهذا التقدم يجعل احتمال وجود الإنترنت الكمي أقرب إلى الواقع بشكل كبير.

تتميز أجهزة الكمبيوتر الكمومية بالسرعة والقدرات الفائقة، ومع ذلك يظل ربطها عبر مسافات طويلة أمرًا صعبًا للغاية.

حتى وقت قريب، كان أبعد جهازي كمبيوتر كمي يمكنهما التواصل عبر كابل ألياف لا يتجاوز بضعة كيلومترات. من الناحية العملية، حتى لو كان هناك خط ألياف يربطهم مباشرة، فإن الكمبيوتر الكمي موجود جامعة شيكاغوسيظل حرم جامعة ساوث سايد غير قادر على تبادل المعلومات مع حرم يقع في برج ويليس بوسط المدينة.

بحث جديد نُشر في 6 نوفمبر 2025 في اتصالات الطبيعة بقلم كلية بريتزكر للهندسة الجزيئية بجامعة شيكاغو (UChicago PME) مساعد. يوضح البروفيسور تيان تشونغ أن هذه المسافة يمكن أن تتوسع بشكل كبير إلى 2000 كيلومتر (1243 ميلاً).

وباستخدام طريقة تشونغ، فإن نفس الكمبيوتر الكمي UChicago الذي لم يتمكن من الوصول إلى برج ويليس يمكنه الآن، من الناحية النظرية، التواصل مع كمبيوتر كمي يقع خارج سولت ليك سيتي بولاية يوتا.

وقال تشونغ، الذي حصل مؤخراً على الجائزة المرموقة: “لأول مرة، أصبحت تكنولوجيا بناء شبكة الإنترنت الكمومية على نطاق عالمي في متناول اليد”. جائزة ستورج لهذا العمل.

تمديد أوقات التماسك لتوسيع مسافة الاتصال

يتطلب بناء الشبكات الكمومية ربط أجهزة الكمبيوتر الكمومية عن طريق خلق تشابك بين الذرات المرسلة عبر كابل ألياف. العامل الأساسي هو المدة التي تستطيع فيها تلك الذرات المتشابكة الحفاظ على تماسكها الكمي، لأن أوقات التماسك الأطول تجعل من الممكن لأجهزة الكمبيوتر الاتصال عبر مسافات أكبر.

في دراستهم الجديدة، قام تشونغ وفريقه في UChicago PME بزيادة وقت تماسك ذرات الإربيوم الفردية من 0.1 مللي ثانية إلى أكثر من 10 مللي ثانية. وفي إحدى الحالات، حققوا 24 مللي ثانية، وهو المستوى الذي يمكن أن يدعم نظريًا اتصالًا يمتد لمسافة 4000 كيلومتر، وهي تقريبًا المسافة من UChicago PME إلى Ocaña، كولومبيا.

كيف تغير طريقة التصنيع الجديدة الأداء

ولم يكن الابتكار في استخدام مواد جديدة أو مختلفة، بل في بناء نفس المواد بطريقة مختلفة. لقد ابتكروا بلورات الأرض النادرة اللازمة لإنشاء التشابك الكمي باستخدام تقنية تسمى تنضيد الشعاع الجزيئي (MBE) بدلاً من طريقة تشوتشرالسكي التقليدية.

وقال تشونغ عن طريقة تشوتشرالسكي: “إن الطريقة التقليدية لصنع هذه المادة هي في الأساس بوتقة انصهار”. “تضع النسبة الصحيحة من المكونات ثم تذوب كل شيء. درجة الحرارة تتجاوز 2000 درجة مئوية ويتم تبريده ببطء ليشكل بلورة مادية.

لتحويل البلورة إلى مكون كمبيوتر، يقوم الباحثون بعد ذلك بـ “نحتها” كيميائيًا إلى الشكل المطلوب. إنه مشابه لكيفية قيام النحات باختيار لوح من الرخام وإزالة كل شيء منه ليس كذلك التمثال.

ومع ذلك، فإن MBE أقرب إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد. فهو يرش طبقة رقيقة تلو الأخرى، مما يؤدي إلى بناء البلورة المطلوبة في شكلها النهائي الدقيق.

“نبدأ بلا شيء ثم نجمع هذا الجهاز ذرة وقال تشونغ: “إن جودة أو نقاء هذه المادة عالية جدًا لدرجة أن خصائص التماسك الكمي لهذه الذرات تصبح رائعة”.

في حين أن تقنية MBE هي تقنية معروفة، إلا أنها لم تستخدم أبدًا لبناء هذا النوع من المواد النادرة المخدرة. عمل تشونغ وفريقه مع خبير تركيب المواد UChicago PME Asst. قام البروفيسور شوولونج يانج بتكييف MBE لهذا الغرض.

وقال البروفيسور الدكتور هيوز دي ريدماتن، من معهد العلوم الضوئية، وهو رائد عالمي في هذا المجال ولم يشارك في البحث: “إن النهج الموضح في هذه الورقة مبتكر للغاية”. “إنه يوضح أن نهج التصنيع النانوي الذي يتم التحكم فيه جيدًا من أسفل إلى أعلى يمكن أن يؤدي إلى تحقيق بتات كمومية أيونية أرضية نادرة ذات خصائص تماسك بصري وتدوري ممتازة، مما يؤدي إلى دوران طويل الأمد”. الفوتون واجهة مع انبعاث عند الطول الموجي للاتصالات، كل ذلك في بنية جهاز متوافقة مع الألياف. يعد هذا تقدمًا كبيرًا يوفر وسيلة مثيرة للاهتمام وقابلة للتطوير لإنتاج العديد من الكيوبتات القابلة للشبكات بطريقة خاضعة للرقابة.

اختبار الروابط الكمومية بعيدة المدى في المختبر

سيقوم تشونغ وفريقه بعد ذلك باختبار ما إذا كان وقت التماسك المتزايد يمكّن أجهزة الكمبيوتر الكمومية من الاتصال ببعضها البعض عبر مسافات طويلة.

وقال تشونغ: “قبل أن ننشر الألياف فعليًا من شيكاغو إلى نيويورك على سبيل المثال، سنقوم باختبارها داخل مختبري فقط”.

يتضمن ذلك ربط اثنين من الكيوبتات في ثلاجات تخفيف منفصلة (“الثلاجات”)، وكلاهما في مختبر تشونغ في جامعة شيكاغو PME، من خلال كابل ملفوف بطول 1000 كيلومتر. إنها الخطوة اللاحقة، لكنها بعيدة عن الخطوة النهائية.

قال تشونغ: “نحن الآن نبني الثلاجة الثالثة في مختبري. وعندما يتم تجميع كل ذلك معًا، سيشكل ذلك شبكة محلية، وسنقوم أولاً بإجراء تجارب محلية في مختبري لمحاكاة الشكل الذي ستبدو عليه شبكة المسافات الطويلة المستقبلية”. “كل هذا جزء من الهدف الكبير المتمثل في إنشاء إنترنت كمي حقيقي، ونحن نحقق إنجازًا آخر نحو ذلك.”

المرجع: “واجهات دوران الفوتون للاتصالات الفوقية المزدوجة مع تماسك طويل الأمد” بقلم شوبهيت غوبتا، وييزونغ هوانغ، وشيهان ليو، ويوكسيانغ بي، وتشيانغ جاو، وشوولونغ يانغ، وناتاشا توم، وريتشارد ج. واربورتون وتيان تشونغ، 6 نوفمبر 2025، اتصالات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41467-025-64780-6

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.