خطوة جديدة تقربنا أكثر باتجاه الإنترنت الكمومي
استخدم باحثون هولنديون تقنية الكم لتقريبنا خطوة واحدة من اتصال إنترنت سريع وآمن للغاية.
فريق في QuTech، وهو تعاون بين جامعة Delft للتكنولوجيا في هولندا والمنظمة الهولندية للبحث العلمي التطبيقي، هو أول فريق ينقل المعلومات من خلال شبكة كمية صغيرة جدًا من ثلاث عقد. تُبنى عُقد الشبكة باستخدام معالجات كمومية صغيرة، وكان نقل المعلومات الكمومية بين هذه المعالجات عقبة رئيسية، ولكنه من الضروري أيضًا لاستغلال المراوغات – Quirks في ميكانيكا الكم لنقل المعلومات.
ما فعله الباحثون هو إنشاء “جهاز إرسال” كمي، أطلقوا عليه اسم أليس وتشارلي، باستخدام “معالجات” كمومية متشابكة. إن نقل المعلومات الكمية بين معالجين متشابكين ليس جديدًا تمامًا، لكن الجهود السابقة كانت مقتصرة على المعالجات الكمومية المجاورة. لذلك تٌعد هذه خطوة مهمة، ولكن إذا كان نقل المعلومات الكمية بين نقطتين مفيدًا وظيفيًا، فسيتعين علينا الحصول على نقاط تفصل بينها مسافة معينة.
هل النقل الآني الكمي ممكن؟
ان جئنا للسؤال الذي نريد إجابة له، لماذا نحتاج إلى الوصول إلى الإنترنت الكمي؟
يعتقد فريق QuTech أنهم قد أنشأوا أحد الأركان الأساسية للإنترنت الكمي، وعلى الرغم من أن المفتاح الأكبر هو إعادة إنتاج هذا العمل، إلا أن هذه النتائج لا تزال مشجعة للغاية. قال رونالد هانسون، الفيزيائي في ديلفت الذي يقود فريق QuTech، لصحيفة نيويورك تايمز: “نحن نبني شبكات كمومية صغيرة في المختبر في الوقت الحالي، لكن الفكرة تكمن في بناء إنترنت كمي في نهاية المطاف”.
ما يجعل فكرة الإنترنت الكمي جذابة للغاية هو أنها تسمح بالنقل الفوري للبيانات من مكان إلى آخر باستخدام ظاهرة تسمى النقل الآني الكمي. قالت الدكتورة صوفي هيرمانز، المؤلفة الرئيسية للدراسة التي نُشرت في 25 مايو في مجلة Nature: “فكرة النقل الآني الكمي هي أنه يمكن للمرء أن ينقل المعلومات التي تحملها الكيوبتات، ولكن ليس الكيوبتات الفيزيائية نفسها”. “للقيام بذلك يتطلب حالة التشابك بين اثنين من الكيوبتات التي يحتفظ بها المرسل والمستقبل. الحالة المتشابكة هي خاصية معروفة فقط في ميكانيكا الكم، وتمثل اتصالًا قويًا للغاية، حتى بين الكيوبتات البعيدة جدًا.”
يبدو أن الباحثين في QuTech قد فعلوا ذلك تمامًا من خلال استخدام معالج ثالث، اسمه بوب، والذي كان قادرًا على أخذ المعلومات الكمية من المعالج تشارلي وتمريرها إلى المعالج أليس، مما تسبب في تشابك المعالجين بشكل فعال، مما سمح لهما بنقل المعلومات بينهما. “بمجرد إنشاء حالة التشابك – الاتصال -، يمكن للمرء استخدامها لنقل المعلومات المخزنة على كيوبت ثالث يحتفظ به المرسل. من خلال إجراء نوع خاص من القياس (قياس بيل)، تختفي المعلومات من كيوبت عند المرسل، ويظهر على كيوبت في جهاز الاستقبال.”
هناك الكثير من المعلومات التي تم نشرها، لا سيما حول كيفية تلقي البيانات في النهاية، لذلك “لكي تكون المعلومات ذات فائدة،” أخبرنا هيرمانز، “يجب على المرء إجراء عملية – مثل انعكاس بسيط، على سبيل المثال – اعتمادًا على نتائج قياس بيل”. النقل الآني الكمي ليس هو نفس الشيء مثل النقل الفيزيائي المرئي في الخيال العلمي، على الرغم من أنه يشبهه كثيرًا. الفرق مع النقل الآني الكمي هو أنه لا يتم نقل أي مادة فيزيائية، فقط المعلومات، وذلك بفضل شذوذ في ميكانيكا الكم يسمح لجسيمين كميين بـ “مشاركة” حالة كمومية.
أفضل طريقة لوصف هذه الحالة الكمومية هي أنها تشبه وصف زوج من القفازات. عندما ترى أي يد من هذه القفازات، فأنت تعرف أيضًا أي يد تلبس مع اليد الأخرى، حتى لو لم تراها مطلقًا. ضع في اعتبارك أن هذا وصف أساسي جدًا للظاهرة لأنه حتى بعد قرن من تأسيس ميكانيكا الكم، لا يزال هناك الكثير مما لا نعرفه في الواقع عن عالم الكم – ولكن يبدو أننا نعرف ما يكفي أننا قادرون على البدء في توسيع نطاق معرفتنا إلى تطبيقات عملية مثل الإنترنت الكمي.
هل النقل الآني الكمي أسرع من الضوء؟
لا، للأسف، ومن المحتمل ألا يحدث ذلك أبدًا. هذا يرجع إلى شيء يُعرف باسم نظرية عدم الاتصال التي تفترض أنه عندما يتم أخذ قياس كمي بواسطة مراقب، لا يمكن نقل المعلومات إلى مراقب آخر على بعد أسرع من سرعة الضوء. أخبرنا هيرمانز أن “حقيقة أن المتلقي يحتاج إلى معرفة نتائج قياس بيل [للمعلومات المراد تفسيرها]، تخلق الحاجة إلى إيصال هذه النتائج”. “يمكن القيام بذلك باستخدام اتصال تقليدي أو عادي، ولكن هذا يمنع أي اتصال أسرع من الاتصال الخفيف.”
ومع ذلك، فإن نقل المعلومات أسرع بكثير مما هو موجود حاليًا، أي الألياف الضوئية والبتات الرقمية المشفرة في الضوء. وعلى الرغم من أنه قد يبدو أن الضوء سيكون الأسرع من الاثنين، إلا أن للضوء أيضًا مشكلة كبيرة، وهي فقدان الإشارة في نهاية المطاف الذي يعيق حاليًا الاتصال الرقمي الكلاسيكي.
يحافظ النقل الآني الكمي على هذه المعلومات سليمة من خلال عملية “النقل الآني”، وله فائدة إضافية تتمثل في كونه أكثر أمانًا. نظرًا لأنها معلومات كمية، فإن أي محاولة لاعتراض البيانات ستؤدي إلى فك الارتباط، وبدون المعلومات المناسبة لتفسير المعلومات الناتجة، ستبدو البيانات التي تم اعتراضها وكأنها بتات عشوائية. علاوة على ذلك، سيكون جهاز الاستقبال المقصود قادرًا على اكتشاف عدم الترابط هذا أيضًا، مما قد يشير إلى أن الاتصال تم اعتراضه. لكن، لا يزال الأمر يتطلب العمل للوصول بنا إلى هذه النقطة، وما زلنا بعيدًا عن الإنترنت الكمومي الفعال حقًا لعقد أو أكثر، لكننا نقترب خطوة واحدة من جعلها حقيقة، وهذا شيء مهم.
