شبكتان كميتان متصلتان بكابل متجر عادي

لا تزال الإنترنت الكمومية تبدو وكأنها خيال علمي من المستقبل، ولكن في هذه الأثناء تم اتخاذ خطوة مهمة نحوها، وقد خطاها علماء من إدنبرة.

الفيزيائيون من جامعة هيريوت وات كشف النقاب عن نموذج أولي لشبكة كمومية يجمع بين شبكتين أصغر حجمًا في نظام واحد قابل لإعادة التشكيل لثمانية مستخدمين قادر على توجيه وحتى نقل التشابك الكمي عند الطلب. وترد تفاصيل التجربة في المجلة الضوئيات الطبيعة.

قال البروفيسور ميهول مالك، الذي قاد البحث: “كانت هناك بالفعل عروض توضيحية، حيث تم توزيع التشابك بين العديد من المستخدمين داخل شبكة كمومية واحدة. ومع ذلك، لأول مرة تمكنا من ربط شبكتين مستقلتين. هذه ليست مجرد طريقة جديدة لتوزيع التشابك – لقد مكننا الاتصال المباشر بين الشبكات. وهذا معلم مهم على طريق إنشاء إنترنت كمي كامل”.

فوضى الضوء كمورد

لا يعتمد النموذج الأولي الذي تم بناؤه في مختبره على شريحة كمومية لامعة أو جهاز مصنوع خصيصًا، ولكن على كابل ألياف ضوئية عادي تم شراؤه من متجر، بتكلفة أقل من 100 جنيه إسترليني.

استخدم الفريق تأثير تشتت الضوء داخل الألياف الضوئية لإنشاء جهاز توجيه تشابك قابل لإعادة التشكيل يعتمد عليه.

وأوضحت المؤلفة الرئيسية للدراسة ناتاليا هيريرا فالنسيا أن “الضوء الموجود في الألياف يرتد بشكل عشوائي في مئات الاتجاهات. لكننا تمكنا من استغلال هذه الفوضى وتحويلها إلى مورد قيم”.

والنتيجة هي جهاز متعدد المنافذ قابل لإعادة البرمجة، يمكنه توزيع التشابك الكمي بين المستخدمين بأنماط مختلفة، مع القدرة على التبديل بين تكوينات الاتصال المحلية والعالمية والمختلطة.

كانت ميزة النظام هي قدرته على تعدد القنوات، أي أنه يمكن أن يخدم العديد من المستخدمين في وقت واحد، بدلاً من زوج واحد في كل مرة. إنه تعدد الإرسال الذي يسمح لشبكات الاتصالات التقليدية بنقل كميات هائلة من البيانات عبر ليف واحد بأطوال موجية مختلفة؛ هنا يتم تطبيق مبدأ مماثل في النظام الكمي.

كان الإنجاز الأكثر إثارة للإعجاب هو النقل الآني المتعدد للتشابك – تبادله بين أربعة مستخدمين عن بعد عبر قناتين في وقت واحد. لقد أظهرت التجارب السابقة إمكانية النقل الآني بالتشابك، لكن ليس لعدد كبير جدًا من المستخدمين المتزامنين في مثل هذه البنية المرنة.

قالت هيريرا فالنسيا: “من خلال تشكيل واجهة موجة الضوء عند المدخل، نقوم بشكل أساسي ببرمجة الألياف، وتحويل التشتت الفوضوي بداخلها إلى دائرة ضوئية قوية متعددة الأبعاد. وهذا يسمح لنا بتوجيه التشابك الكمي أينما نحتاج إليه – وحتى نقله فوريًا – باستخدام قطعة الكابل هذه التي تبدو عادية”.

اختراق للحوسبة الكمومية

كانت التجربة بمثابة اختراق ليس فقط في مجال الاتصالات الكمومية، ولكن أيضًا في الحسابات، كما يؤكد البروفيسور مالك.

“الآفاق تنفتح بشكل هائل. الحوسبة الكمومية لديها القدرة على تغيير العالم، وإحداث ثورة في اكتشاف الأدوية وتطويرها، وإنشاء مواد بطاريات جديدة وتعزيز التعلم الآلي بشكل كبير. إحدى الطرق الواعدة لإنشاء كمبيوتر كمي واسع النطاق هي ربط العديد من المعالجات الكمومية الصغيرة. النموذج الأولي الخاص بنا هو مجرد شبكة يمكن من خلالها للعديد من المستخدمين، أي نفس المعالجات، توزيع وتبادل التشابك. ربما يكون هذا هو بالضبط الاختراق الذي كانت الصناعة بأكملها تنتظره. نعم، هذا هو واختتم كلامه بالقول: “التجربة المختبرية في الوقت الحالي، ولكن المبدأ نفسه قابل للتطوير”.