مهندسان دانشگاه پنسیلوانیا با موفقیت سیگنال‌های کوانتومی را از طریق یک اتصال اینترنتی استاندارد با کابل‌های فیبر نوری در دنیای واقعی ارسال کرده‌اند. محققان کار خود را در Science منتشر کرده‌اند و با استفاده از سیستم‌های اینترنتی موجود، اینترنت کوانتومی را از تئوری به واقعیت تبدیل کرده‌اند.

سیگنال‌های کوانتومی به دلیل ضعف خود مشهور هستند و بدون از دست دادن درهم‌تنیدگی کوانتومی و غیرقابل خواندن شدن در اثر نویز زیاد، قابل اندازه‌گیری نیستند. اما مهندسان موفق شده‌اند این سیگنال‌ها را از طریق همان زیرساخت شلوغ اینترنتی که سیگنال‌های IP استاندارد اشغال می‌کنند، ارسال کنند.

این انتقال به لطف “Q-Chip”، تراشه سیلیکونی دانشگاه پنسیلوانیا برای هماهنگ‌سازی سیگنال‌های سنتی و کوانتومی از طریق اینترنت، امکان‌پذیر است. Q-Chip که مخفف Quantum-Classical Hybrid Internet by Photonics است، می‌تواند سیگنال‌های استاندارد و کوانتومی را در یک بسته جمع‌آوری کند که می‌تواند با موفقیت از طریق خطوط فیبر نوری اینترنت یک شهر ارسال شود. این تراشه می‌تواند هم سیگنال‌های مرتبط را ارسال و هم دریافت کند و به طور خودکار نویز را بدون اندازه‌گیری سیگنال‌های مرتبط با کوانتوم تصحیح کند.

رایانش کوانتومی قلمرویی کاملاً متفاوت از رایانش سنتی است. در حالی که کامپیوترهای معمولی از ترانزیستورها، بیت‌ها و الکترون‌ها برای انجام محاسبات استفاده می‌کنند که با 0 و 1، حالت‌های روشن و خاموش نشان داده می‌شوند، رایانش کوانتومی از نقطه‌ای کاملاً متفاوت آغاز می‌شود. کامپیوترهای کوانتومی با استفاده از کیوبیت‌ها، از درهم‌تنیدگی کوانتومی بهره می‌برند و به کیوبیت‌ها اجازه می‌دهند حالت‌های 0، 1 و هر یک از بی‌شمار تغییرات دیگر این دو حالت را نشان دهند.

اما کار با درهم‌تنیدگی کوانتومی دشوار است، زیرا سیگنال‌های کوانتومی که اندازه‌گیری می‌شوند، خواص کوانتومی خود را از دست می‌دهند. در آزمایش فکری شرودینگر، گربه‌ای که در جعبه‌ای بسته با ایزوتوپ رادیواکتیو قرار داده شده است، تا زمانی که جعبه باز نشود و گربه مشاهده نشود، نمی‌توان زنده یا مرده بودن آن را تأیید کرد. به همین ترتیب، ذرات کوانتومی تنها تا زمانی که مشاهده شوند، می‌توانند در حالت برهم‌نهی (نه 0 و نه 1) وجود داشته باشند، در این نقطه رابطه کوانتومی خود را از دست می‌دهند و عملاً 0 یا 1 می‌شوند. این امر ارسال این سیگنال‌های کوانتومی را از طریق اتصال اینترنتی بسیار دشوار می‌کند.

رابرت بروبرگ، دانشجوی دکترا در این پروژه که توسط Phys.org مصاحبه شده بود، گفت: “شبکه‌های معمولی داده‌ها را برای هدایت آن‌ها به مقصد نهایی اندازه‌گیری می‌کنند. با شبکه‌های کاملاً کوانتومی، نمی‌توانید این کار را انجام دهید، زیرا اندازه‌گیری ذرات حالت کوانتومی را از بین می‌برد.”

برای حل این مشکل، Q-Chip سیگنال کوانتومی را با یک سیگنال اینترنتی استاندارد مبتنی بر نور در یک ترکیب قطارمانند جفت می‌کند. سیگنال اینترنتی استاندارد مانند یک موتور برای مسیریابی عمل می‌کند، در حالی که سیگنال کوانتومی مانند بار در کنار آن حرکت می‌کند و هرگز توسط هیچ یک از دو سر اتصال اینترنتی آن اندازه‌گیری نمی‌شود. این رابطه همچنین برای تصحیح نویز عمل می‌کند؛ از آنجایی که هر دو Q-Chip فرستنده و گیرنده می‌دانند سیگنال استاندارد چه چیزی باید باشد، می‌تواند سیگنال مبتنی بر نور را تصحیح خطا کند و نحوه تصحیح سیگنال کوانتومی را نیز استنباط کند.

لیانگ فنگ، نویسنده ارشد مقاله، گفت: “با نشان دادن اینکه یک تراشه یکپارچه می‌تواند سیگنال‌های کوانتومی را در یک شبکه تجاری زنده مانند ورایزون مدیریت کند و این کار را با استفاده از همان پروتکل‌هایی که اینترنت کلاسیک را اجرا می‌کنند انجام دهد، ما گامی کلیدی به سوی آزمایش‌های در مقیاس بزرگتر و یک اینترنت کوانتومی عملی برداشته‌ایم.”

سیستم Q-Chip می‌تواند به صورت تئوری در هر نقطه از شبکه فیبر نوری ورایزون در فیلادلفیا، جایی که دانشگاه واقع شده است، و همچنین در زیرساخت اینترنتی هر منطقه شهری دیگر کار کند. تحقیقات بیشتری هنوز برای تکرار موفقیت‌آمیز سیگنال‌های کوانتومی در فواصل طولانی مورد نیاز خواهد بود، که برای تسهیل اتصالات اینترنت کوانتومی بین شهرها یا فراتر از آن ضروری است.

همانطور که رایانش کوانتومی به سمت اهمیت و کاربرد در دنیای واقعی پیش می‌رود، این تحقیق در مورد امکان ارسال سیگنال‌های کوانتومی از طریق زیرساخت اینترنتی موجود، بسیار ارزشمند است. آنچه در آینده برای کوانتوم پیش می‌آید، مانند همیشه، نامشخص است، اما دولت‌ها و شرکت‌ها به طور یکسان به طور مداوم در تلاشند تا اولین کسانی باشند که استفاده از آن را در کاربردهای واقعی ممکن می‌سازند.