در جهشی بزرگ به سوی آینده اینترنت کوانتومی، پژوهشگران با موفقیت نمونه اولیه شبکهای را ساختند و به نمایش گذاشتند که میتواند اتصال پایدار درهمتنیدگی کوانتومی را بین مکانهای دوردست برای مدت بیسابقه ۱۲ ساعت متوالی حفظ کند. این دستاورد شگرف که توسط تیمی از آزمایشگاه ملی آرگون و دانشگاه نورثوسترن رهبری میشود، بر یک مانع مهم در ارتباطات کوانتومی غلبه کرده و راه را برای کاربردهای کوانتومی توزیعشده و عملی هموار میسازد.
از آزمایشگاه تا زیرساخت مقیاسپذیر
برای اینکه شبکههای کوانتومی به واقعیت بپیوندند، باید از آزمایشهای منزوی و کوتاهمدت به زیرساختهای قوی و مقیاسپذیر تبدیل شوند. این تیم، با حضور دانشمندانی چون محمد شریفالاسلام، خواکین چانگ و الی مارکوس ایستمن، مستقیماً با این چالش روبرو شد. آنها یک سیستم نمونه اولیه را بر روی شبکه کوانتومی آرگون (ArQNet)، که یک بستر آزمایشی در مقیاس یک پردیس دانشگاهی و متصل با فیبرهای نوری مخابراتی موجود است، توسعه دادند. کلید موفقیت آنها در به کارگیری اصول شبکههای نرمافزارمحور (SDN) مدرن در قلمرو کوانتومی نهفته است.
این رویکرد SDN امکان یک چارچوب کنترلی انعطافپذیر و قابل برنامهریزی را فراهم میکند که وظایف فوقالعاده پیچیده مربوط به اجرای یک شبکه کوانتومی را خودکارسازی میکند. این سیستم تخصیص منابع را مدیریت کرده، زمانبندی را با دقت بسیار بالا در مکانهای مختلف همگامسازی میکند و به طور مداوم وضعیت شکننده درهمتنیدگی بین گرههای شبکه را تأیید میکند.
مقابله با چالش رانش قطبش
یکی از پایدارترین مشکلات در ارسال اطلاعات کوانتومی از طریق کابلهای فیبر نوری، «رانش قطبش» (Polarization Drift) است. هنگامی که فوتونها—ذرات نوری که برای حمل اطلاعات کوانتومی استفاده میشوند—در طول فیبر حرکت میکنند، قطبش آنها میتواند به صورت تصادفی توسط عوامل محیطی مانند تغییرات دما یا ارتعاشات تغییر کند. این رانش میتواند درهمتنیدگی شکننده را از بین ببرد و پیوند کوانتومی را بیفایده سازد.
برای حل این مشکل، پژوهشگران یک الگوریتم خودکار و پیچیده طراحی کردند. این سیستم که توسط ارکستراتور ArQNet مدیریت میشود، به طور مداوم کیفیت پیوند کوانتومی را نظارت میکند. هنگامی که تشخیص دهد «نمایانی فریزها» (fringe visibility)—معیاری برای سنجش کیفیت درهمتنیدگی—از یک آستانه مشخص پایینتر آمده است، به طور خودکار فرآیند کالیبراسیون مجدد را آغاز میکند. این جبرانسازی فعال تضمین میکند که درهمتنیدگی با وفاداری بالا به طور مداوم، حتی در دورههای زمانی طولانی و فواصل زیاد، حفظ شود.
طلوع شبکههای کوانتومی خودکار
عملیات ۱۲ ساعته متوالی تنها یک آزمون استقامت نبود؛ بلکه نمایشی از یک سیستم کاملاً خودکار بود. ارکستراتور ArQNet همه چیز را بدون دخالت دستی مدیریت کرد. این سیستم کالیبراسیونهای دورهای منابع فوتون درهمتنیده و تحلیلگرهای قطبش را انجام داد، آزمایشهای پیچیدهای مانند تداخل دو فوتونی و توموگرافی حالت کوانتومی را اجرا کرد و دادهها را مدیریت نمود. این سطح از خودکارسازی برای ساخت شبکههای کوانتومی در مقیاس صنعتی که بتوانند به صورت ۲۴ ساعته و ۷ روز هفته به طور قابل اعتماد کار کنند، حیاتی است.
معماری این شبکه برای مقیاسپذیری طراحی شده و از یک انتزاع سهسطحی (زیرساخت، کنترل و سرویس)، مشابه ستون فقرات اینترنت کلاسیک، استفاده میکند. این طراحی ماژولار توسعه کاربردهای جدید کوانتومی را ساده میکند و به پژوهشگران آینده اجازه میدهد تا بر روی ایجاد خدماتی مانند توزیع کلید کوانتومی برای امنیت غیرقابل هک یا اتصال کامپیوترهای کوانتومی کوچک برای تشکیل یک پردازنده کوانتومی توزیعشده قدرتمند، تمرکز کنند.
این دستاورد یک نقطه عطف حیاتی است که مفهوم اینترنت کوانتومی را از یک رؤیای نظری به یک واقعیت مهندسی ملموس تبدیل میکند. این پژوهش طرحی اولیه برای ساخت نسل بعدی سیستمهای ارتباطی ارائه میدهد که از اصول عجیب و قدرتمند مکانیک کوانتومی بهرهبرداری خواهند کرد.
منبع: Quantum Zeitgeist