راه اندازی ارتباطات راه دور، با تکرارگر کوانتومی

به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان، به نقل از «Spectrum IEEE»؛ به تازگی نمونه اولیه یک تکرارگر (repeater) ارتباطات کوانتومی ساخته شده است که احتياجي به تله‌های یونی، یا سامانه‌های سرمایشی نداشته، تنها به فوتون نیاز دارد. پژوهشگران معتقدند كه اگر این نوع فناوری، با موفقیت مراحل گسترش خود را طی کند، می‌توان به رمزنگاری کوانتومی بین‌المللی دست يافت، یا حتی یک گام به اینترنت کوانتومی، با برد بالا نزدیک‌تر شد.

در اینترنت و همه‌ی ارتباطات مدرن دیجیتالی، تکرارگرهایی وجود دارند که امکان برقراری ارتباطات در فواصل زیاد را فراهم می‌کنند. این ابزارها، معمولاً تجهیزاتی الکترونیکی هستند که سیگنال‌ها را دریافت  و آن‌ها را با دامنه‌ای بالاتر دوباره ارسال می‌کنند. از این وسایل، معمولاً در برج‌های سلولی، یا ارتباطات فیبر نوری بهره گرفته می‌شود. بدون وجود تکرارگرها، اینترنت در فضایی به وسعت یک شهر، یا در بهترین حالت، یک کشور کوچک محدود می‌شد.

ارتباطات کوانتومی، به انتقال تک فوتون‌های داده‌های ظریف وابسته هستند. همچنین در اغلب موارد، قطبش دارند. همین مسئله باعث می‌شود که بسیار ناپایدار باشند و در زمان انتقال، از طریق فیبر نوری، در بازه زمانی نانوثانیه از بین بروند. بنابراین فرستادن و دریافت کیوبیت، یا بیت کوانتومی، از طریق فوتون، با چالش‌های گوناگونی مواجه است.

خواص فیزیک کوانتوم باعث می‌شود كه نتوان یک نمونه‌ی واقعی از تکرارکننده‌های کوانتومی ایجاد کرد؛ زیرا امكان ندارد یک حالت کوانتومی فوتون را بدون این که ابتدا حالت اصلی آن را نابود نماييم، بازسازی كنيم.

یکی از دلایلی که فناوری‌های رمزنگاری کوانتومی امروزی، ازنظر جغرافیایی محدود شده‌اند، نبود تکرارگرهای قابل‌ اطمینان است. به همین دلیل است که پژوهشگران به‌صورت پیوسته سعی دارند بدون بهره‌گیری از این دستاورد، به بیشترین فاصله‌ای که می‌توان ارتباطات ایمن‌تر ایجاد کرد، دست یابند.

یکی از انواع تکرارگرهای کوانتومی -که همچنان در مرحله‌ی آزمایشگاهی قرار دارد- حالت کوانتومی فوتون را به حافظه کوانتومی معادل آن در ماده تبدیل می‌کند. این حالت، در تله یونی لیزری ذخیره می‌شود. سپس حالت موجود در تله یونی از طریق تلپورت کوانتومی (quantum teleported)، به یک تله‌ی یونی لیزری دیگر در نزدیکی گیرنده‌ی ارتباطات کوانتومی انتقال می‌یابد. درنهایت حالت اتمی، دوباره به شکل کوانتومی فوتون تبدیل می‌گردد.

اگر ارتباطات کوانتومی، از طریق فوتون برقرار شده، در طول برقراری آن، حالت خود را حفظ کنند، فرآیند یادشده، بسیار ساده خواهد بود و احتمالاً نرخ خطای پاییني خواهد داشت.

هوی کونگ لو (Hoi-Kwong Lo)، استاد فیزیک، برق و مهندسی رایانه دانشگاه تورنتو و گروهش، با همکاری دانشگاه‌های اوساکا و تویاما و شرکت مخابراتی «NTT» ژاپن، نمونه اولیه‌ای از تکرارگر کوانتومی را در سال 2015 آزمایش کردند. تحقیقات جدید این گروه نیز به‌تازگی منتشر شده‌اند که نشان می‌دهند همه‌ی سیگنال‌های کوانتومی فوتونی تکرارگرها، عمل نمی‌کنند.

لو گفت:

هدف نهایی، برقراری ارتباطات کوانتومی در فواصل دوردست و دلخواه است. با وجود این، اگر ما یک تکرارکننده واقعی کوانتومی می‌خواهیم، به اجزاي بیشتری نیاز داریم.