العلماء ينقلون التشابك عبر شبكتين كموميتين مرتبطتين لأول مرة في التاريخ

قدم الباحثون في جامعة هيريوت وات نموذجًا أوليًا لشبكة كمومية تدمج شبكتين أصغر حجمًا في نظام واحد مكون من ثمانية مستخدمين وقابل لإعادة التشكيل وقادر على توجيه – وحتى نقل – التشابك عند الطلب.

لسنوات عديدة، تصور الفيزيائيون الإنترنت الكمي: نظام عالمي يوفر اتصالات آمنة للغاية وأشكال جديدة قوية من الحوسبة، ليس من خلال الإشارات الكهربائية ولكن من خلال الروابط الغريبة التي يمكن أن تتشكل بين جزيئات الضوء.

يفيد العلماء في إدنبره الآن أنهم قد نقلوا هذه الفكرة القديمة إلى الواقع.

فريق في جامعة هيريوت وات قدمت نموذجًا أوليًا لشبكة كمومية تربط شبكتين منفصلتين سابقًا في نظام واحد قابل لإعادة التشكيل ويدعم ثمانية مستخدمين. يمكن لهذا الإعداد توجيه التشابك إلى مستخدمين مختلفين ويمكنه أيضًا نقل التشابك فوريًا عند الحاجة.

نتائجهم نشرت في الضوئيات الطبيعة، وضع معيار أعلى للحجم والتنوع والأداء الذي قد تحققه الشبكات الكمومية المستقبلية.

قال البروفيسور ميهول مالك من كلية الهندسة والعلوم الفيزيائية بجامعة هيريوت وات: “لقد أثبتت فرق أخرى بالفعل أنه يمكنك بناء شبكة كمومية واحدة وإرسال التشابك إلى العديد من المستخدمين في وقت واحد.

“لكن هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها أي شخص من ربط شبكتين منفصلتين معًا. فهذا لا يوزع التشابك بطرق مختلفة فحسب، بل يتيح في الواقع لإحدى الشبكتين التحدث مع الأخرى. وهذا معلم رئيسي على الطريق إلى الإنترنت الكمومي في العالم الحقيقي.”

استخدام فوضى الضوء كمورد

في قلب نموذج هيريوت-وات الأولي، بدلاً من شريحة كمومية لامعة أو جهاز مصمم خصيصًا، توجد ألياف ضوئية يتم شراؤها من المتجر بتكلفة أقل من 100 جنيه إسترليني.

قام الفريق بتسخير سلوك تشتت الضوء داخل الألياف الضوئية لبرمجة جهاز توجيه التشابك القابل لإعادة التشكيل.

وقالت الدكتورة ناتاليا هيريرا فالنسيا، المؤلفة الرئيسية للدراسة: “يميل الضوء إلى الارتداد بشكل عشوائي عبر مئات المسارات الداخلية للألياف. لقد حولنا هذه الفوضى إلى مورد.

والنتيجة هي جهاز متعدد المنافذ قابل لإعادة التشكيل يمكنه توزيع التشابك الكمي بين المستخدمين في أنماط متعددة، والتبديل بين الاتصالات المحلية، والاتصالات العالمية، والتكوينات المختلطة حسب الرغبة.

والأهم من ذلك، أن النظام يمكنه مضاعفة هذه القنوات، مما يعني أنه يمكن أن يخدم العديد من المستخدمين في وقت واحد، بدلاً من زوج واحد في كل مرة. تعدد الإرسال هو ما يسمح لشبكات الاتصالات الكلاسيكية بإرسال كميات هائلة من البيانات عبر ألياف واحدة باستخدام أطوال موجية مختلفة؛ هنا، يتم نشر مفهوم مماثل في النظام الكمي.

والأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن الفريق حقق النقل الآني للتشابك المتعدد، حيث قام بتبديل التشابك بين أربعة مستخدمين بعيدين عبر قناتين في وقت واحد. وقد قامت العروض التوضيحية السابقة بنقل التشابك الآني، ولكن ليس عبر العديد من المستخدمين المتزامنين في مثل هذه البنية المرنة.

وقالت الدكتورة ناتاليا هيريرا فالنسيا: “من خلال تشكيل الضوء عند المدخل، قمنا ببرمجة الألياف بشكل فعال، وتحويل تشتتها الداخلي الفوضوي إلى دائرة بصرية قوية وعالية الأبعاد”.

“هذا يتيح لنا توجيه التشابك الكمي أينما نريد، وحتى نقله فوريًا، باستخدام هذه القطعة البسيطة الخادعة من الألياف.”

قفزة ل الحوسبة الكمومية

يقول البروفيسور مالك إن العرض التوضيحي له آثار مثيرة على الحوسبة الكمومية.

“إنه أمر مثير حقًا. يمكن للحوسبة الكمومية أن تغير العالم، وتحول كيفية العثور على الأدوية وتطويرها، وإنشاء مواد جديدة للبطاريات، والشحن الفائق”. التعلم الآلي.

“إن النهج الحالي الواعد لبناء كمبيوتر كمي قوي وواسع النطاق هو ربط الكثير من المعالجات الكمومية الأصغر حجمًا.

“النموذج الأولي الخاص بنا عبارة عن شبكة يمكنها توزيع وتبادل التشابك بمرونة بين العديد من المستخدمين، أو المعالجات الكمومية – قد يكون هذا هو التقدم الذي كانت الحوسبة الكمومية تنتظره.

“نعم، هذا عرض على مستوى المختبر، لكن المبدأ قابل للتوسيع.”

المرجع: “شبكة فوتونية كمومية متعددة الإرسال واسعة النطاق وقابلة لإعادة التشكيل” بقلم ناتاليا هيريرا فالنسيا، وأنامينج ما، وسوراج جويل، وساروتش ليدومرونجواتاناكون، وفرانشيسكو جرافيتي، وأليساندرو فيدريزي، وويل ماكوتشون، وميهول مالك، 26 نوفمبر 2025، الضوئيات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41566-025-01806-x

يعد هذا العمل جزءًا من مركز الشبكات الكمومية المتكاملة (IQN) في المملكة المتحدة بقيمة 22 مليون جنيه إسترليني، والذي يهدف إلى بناء أول شبكة كمومية واسعة النطاق في البلاد والمساعدة في تحقيق مهمة الحكومة لنشر الشبكة الكمومية الأكثر تقدمًا في العالم بحلول عام 2035.

يعد فريق البحث جزءًا من اتحاد كبير للبحث والتطوير التكنولوجي، بقيمة 22 مليون جنيه إسترليني مركز الشبكات الكمية المتكاملة (IQN).. يتم تمويل المشروع، بقيادة جامعة هيريوت وات، من قبل مجلس أبحاث العلوم الهندسية والفيزيائية (EPSRC) في UKRI ويجمع خبرات 14 جامعة بريطانية رائدة بالإضافة إلى أكثر من 50 شريكًا صناعيًا لتأمين ريادة المملكة المتحدة في الشبكات الكمومية.

تم دعم هذا البحث من قبل مجلس أبحاث العلوم الهندسية والفيزيائية UKRI (EPSRC)، ومجلس البحوث الأوروبي (ERC)، والأكاديمية الملكية للهندسة. تم تنفيذ العمل من قبل جامعة هيريوت وات ما وراء مختبر المعلومات الكمية الثنائية بالتعاون مع إدنبره في الغالب مختبر الكم.

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