برقراری ارتباطات کوانتومی برپایه پرتو لیزر

به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ دانشمندان دانشگاه اوساکا ژاپن ادعا می‌کنند با استفاده از لیزر موفق به توسعه‌ی ارتباطات کوانتومی شده‌اند.

محققان توضیح دادند که آزمایش آن‌ها نشان داد می‌توان اطلاعات رمزنگاری شده در «قطبش مدور» (circular polarisation) پرتو لیزر را به چرخش الکترون گرفتار شده در یک کوانتومی دات یا نقطه کوانتومی (quantum dot) ترجمه کرد. به واسطه این ویژگی امکان ارسال و دریافت اطلاعات به‌صورت سریع و ایمن فراهم می‌آید. از این یافته می‌توان برای توسعه اینترنت کوانتومی بهره گرفت.

اینترنت‌های امروزی کمتر به امینت اهمیت می‌دهند. در مقابل فناوری‌های اینترنت کوانتومی با بهره‌مندی از ویژگی‌های اصلی فیزیک کوانتوم مانند درهم تنیدگی کوانتومی (quantum entanglement)، امکان دستیابی به بستری امن را فراهم می‌آورد.

در هم تنیدگی کوانتومی به دو ذره با حالت کوانتومی مختلف اجازه می‌دهد تا رابطه‌ی نزدیکی با هم داشته و آن را به اشتراک بگذارند. در این حالت اگر یکی از ذرات تغییر کند، این دگرگونی در دومین ذره نیز دیده شده و قابل‌اندازه‌گیری است.

در تحقیقات یاد شده پژوهشگران برای انتقال داده‌ی کوانتومی به نقاط کوانتومی از لیزر استفاده کردند. این کار با تحریک و تغییر حالت چرخش یک الکترون گرفتار شده در نقاط کوانتومی انجام شد.

محققان شرح دادند می‌توان زاویه حرکت الکترون‌ها را از طریق قطبش مدور نور لیزر تابانده شده دست‌کاری کرد. استفاده از نور لیزر امکان خواندن حالت الکترون‌ها را فراهم می‌کند. در نتیجه می‌توان حالت و جهت چرخش الکترون‌ها تصحیح کرد. در واقع محققان بر پایه اصل طرد پاولی (Pauli exclusion principle)، عمل کرده‌اند. این اصل بیان می‌کند که در سامانه‌های کوانتومی هیچ دو الکترونی اجازه ندارند حالتی مشابه داشته باشند.

تاکافومی فوجیتا (Takafumi Fujita) یک از پژوهشگران پروژه مذکور گفت:

در یک کوانتوم دات کوچک، تنها به اندازه الکترونی فضا وجود دارد که بر اساس اصل پاولی به جهت صحیح بچرخد.

آکیرا اویوا (Akira Oiwa)، یکی دیگر از اعضای ارشد پروژه گفت:

انتقال حالت‌های کوانتومی امکان ایجاد کلیدهای کوانتومی توزیع شده کاملاً امن را فراهم می‌کند؛ زیرا هر گونه تلاشی برای دست‌کاری و نفوذ به آن باعث تخریب درهم تنیدگی خواهد شد و امکان شنود را از بین می‌برد.

انتقال ایمن اطلاعات از طریق ارتباطات کوانتومی در حال تبدیل شدن به یکی از موضوعات اصلی مورد توجه دولت‌های مختلف است. برای مثال آزمایشگاه ملی لس آلاموس آمریکا (US Los Alamos National Laboratory) نیز مدتی قبل روی فناوری مشابهی کار می‌کند. همچنین می‌توان به چین اشاره کرد که فناوری مشابهی را

روی ارتباطات ماهواره‌ای پیاده‌سازی کرد. همچنین چین در حال ایجاد یک شبکه‌ی فیبر نوری میان 4 شهر مختلف است تا در بستر آن به انتقال اطلاعات کوانتومی بپردازد.

پژوهشگران استرالیا و سنگاپور نیز به طور مشابه اعلام کرده‌اند به نوع پیشرفته‌ای از کلیدهای کوانتومی توزیع شده دست پیدا کرده‌اند. آن‌ها ادعا کرده‌اند موفق به توسعه ابزاری کوانتومی شده‌اند که امکان پیش‌بینی همه‌ی حالت‌های در هم تنیدگی کوانتومی در آینده را به آن‌ها می‌دهد. البته در نمونه‌ی اولیه تنها تا 16 حالت شبیه‌سازی شده از آینده نشان داده می‌شود.