ترکیب حالت‌های کوانتومی برای انتقال ایمن‌تر اطلاعات
به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبریان؛ گروهی از محققان آفریقای جنوبی و چین به تازگی نشان دادند امکان انتقال الگوهای کوانتومی چندگانه نورهای درهم تنیده شده در شبکه‌های فیبر نوری قدیمی وجود دارد.
ارسال اطلاعات کوانتومی از طریق شبکه‌های فیبر نوری که بیشترین حجم از داده‌های جهان را جابه‌جا می‌کنند بسیار سخت است؛ اما امکان رمزنگاری پیام‌ها با استفاده از قوانین فیزیک را برای مردم فراهم می‌کند. به تازگی محققان روشی را به کار گرفته‌اند که امکان انتقال اطلاعات در فواصل دور دست را به واسطه ترکیب خواص کوانتومی مختلف روی یک فوتون فراهم می‌کند.
ارتباطات کوانتومی از طریق فرایندی به نام درهم تنیدگی (entanglement)، انجام می‌گیرد. درهم تنیدگی باعث ایجاد جفت فوتون‌هایی می‌شود که خواص آن‌ها مکمل یکدیگر هستند. برای مثال اگر یکی از آن‌ها قطبی شود و امواجش افقی حرکت کنند، جفت دیگر عمودی انتقال می‌یابد. از این رو اگر بتوان خصوصیت‌های یکی از جفت‌ها را شناسایی کرد، امکان کسب اطلاعات دقیق در رابطه با فوتون دیگر به وجود می‌آید. به علاوه فرقی نمی‌کند که این جفت ذرات در کنار یکدیگر یا فواصل بسیار دوری از هم قرار گرفته باشند. این موارد امکان برقراری ارتباطات امن را به کاربران می‌دهد؛ زیرا اگر شخصی سعی کند به فوتون‌ها دست‌یافته و حالت آن‌ها را بازخوانی کند، در لحظه فوتون دوم تغییر را نشان داده و نفوذ را مشخص می‌کند.
ویژگی کوانتومی دیگر به نام حرکت مداری زاویه‌ای (OAM) نیز وجود دارد. این خصوصیت به مانند مسیر دوار پیرامون یک پیچ یا درب بطری می‌ماند. حرکت مداری زاویه‌ای در مجموعه‌ای بی‌انتها از الگوهای امواج الکترومغناطیس دیده می‌شود؛ بنابراین می‌توانند حجم بسیار بیشتری از اطلاعات را نسبت به حالت‌های ساده قطبی و عدم قطبی‌سازی، رمزنگاری کنند.
با وجود این فیبرها تنها می‌توانند یک حالت یا الگو را در هر زمان حمل کنند و همین موضوع ظرفیت نهایی را محدود می‌کند. به کارگیری فیبرهای چندحالته (multimode fiber) امکان انتقال چندین الگو را فراهم می‌کند؛ اما هنگام انتقال در فواصل دوردست، تمایل در انتقال انرژی میان آن دیده شده و در نتیجه داده‌های کوانتومی از بین می‌روند. در واقع بیشترین فاصله‌ای که یک جفت ذره در هم تنیده شده از طریق فیبرهای چندحالته استاندارد منتقل شده‌اند، تنها یک متر است.
جیان وانگ (Jian Wang)، محقق دانشگاه علوم و فناوری هواژانگ واقع در ووهان چین و انددرو فوربز (Andrew Forbes)، محقق دانشگها ویتواترزند در آفریقای جنوبی هر دو ویژگی قطبش و حرکت مداری زاویه‌ای را در یک حالت هیبریدی روی فوتون‌های درهم تنیده شده با یکدیگر ادغام کردند.
پژوهشگران ابتدا توضیح دادن چگونه از طریق حرکت مدار زاویه‌ای یک فوتون را به دو فوتون کم انرژی A و B تقسیم کردند. سپس A را از میان مجموعه‌ای از فیبرهایی با قطبش خاص عبور دادند. از آنجایی که قطبش تنها یک حالت بود، موفق شدند ذره را از طریق یک فیبر تک‌حالته تا فاصله 250 متر انتقال دهند. آن‌ها سپس فوتون را برای یک آشکارساز جداگانه ارسال کردند و خواص قطبش A و حرکت مداری زاویه‌ای B را اندازه گرفتند. با توجه این که هر دو ذره در هم تنیده شده بودند، اطلاعات B به واسطه A از طریق فیبر انتقال پیدا کرد.
فوربز گفت:
راز کار در این بود که فوتون‌ها تا پیش از اندازه‌گیری شدن توسط ما نمی‌دانستند، چه چیزی هستند؛ بنابراین این حالت ناشناخته امکان وارد کردن الگوهای چندگانه را برای ما فراهم کرد؛ اما به محض ارزیابی شدن آن‌ها و به نمایش در آمدن الگوها توسط ما، فوتونی که هم‌اکنون از فیبر عبور کرده بود، همه‌ی ویژگی‌های دیگری را به طور کامل به خود گرفت.
روش بالا الفبای حالت‌های کوانتومی را که می‌توان به کمک آن داده‌ها را رمزنگاری کرد، افزایش می‌دهد. فوربز اشاره کرد، هم‌اکنون وظیفه توسعه‌دهندگان پروتکل‌های ارتباطی کوانتومی است تا از مزایای شیوه یاد بهره بگیرند. وی اعتقاد دارد که در آینده می‌توان حداکثر فاصله انتقال اطلاعات را از 250 متر افزایش یاد و حتی به 100 کیلومتر رساند.
