تم إنشاء طريقة عمل لربط أجهزة الكمبيوتر الكمومية بشبكة واحدة

حقق فريق من الباحثين من معهد والتر مايسنر (WMI) وجامعة ميونيخ التقنية (ألمانيا) تقدمًا مهمًا في إنشاء الشبكات الكمومية المستقبلية. ولأول مرة، تمكن العلماء من إرسال إشارات كمومية عند درجات حرارة تعتبر دافئة نسبيا لمثل هذه التجارب. تم نشر العمل في المجلة رسائل المراجعة البدنية.

لماذا هذا مهم

يحاول المهندسون في جميع أنحاء العالم بناء شبكات كمومية واسعة النطاق، وهي أنظمة تستطيع أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الكمومية من خلالها تبادل المعلومات عبر مسافة. وفي المستقبل، يمكن أن تصبح مثل هذه الشبكات أساس الإنترنت الكمومي – وهو نظام اتصالات فائق السرعة وغير قابل للاختراق تقريبًا. تكمن الصعوبة الرئيسية في أن إشارات الموجات الميكروية الكمومية حساسة للغاية للحرارة وتفقد خصائصها الفريدة بسرعة.

وحتى الآن، لم يتم إجراء مثل هذه التجارب إلا داخل ثلاجات مبردة قوية عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. يسمح لنا النهج الجديد للعلماء الألمان بإضعاف هذه المتطلبات الصارمة بشكل كبير.

نهج جديد للنقل

قام الباحثون بتوصيل جهازي تبريد (جهاز تبريد) بكابل خاص فائق التوصيل. هذا الكابل قادر على إرسال إشارة دون أي خسارة تقريبًا حتى في درجات الحرارة المنخفضة جدًا. وبفضل هذا، تمكنوا من الحفاظ على الخصائص الكمومية للإشارات عند -269 درجة مئوية. في السابق، كانت مثل هذه التجارب تتطلب برودة أقوى بكثير.

قال المؤلف الأول المشارك وون ك. يام: “لقد أثبتنا أن إشارات الموجات الدقيقة المتشابكة يمكن أن تنتشر دون أن تفقد خصائصها الكمومية من خلال قنوات الموجات الدقيقة الساخنة نسبيًا عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 4 كلفن”.

كيف يعمل الحل

استخدم العلماء كابلات فائقة التوصيل عالية الجودة مصنوعة من النيوبيوم والتيتانيوم. حتى على الرغم من وجود الضوضاء الحرارية (الفوتونات الحرارية)، فإن الخسائر المنخفضة في الكابل جعلت من الممكن صيانتها التشابك الكمي – حالة خاصة يظل فيها الجسيمان متصلين، حتى على مسافة من بعضهما البعض.

كما أجرى الفريق بنجاح النقل الآني الكمي – عملية يتم فيها نقل الحالة الكمومية من جهاز إلى آخر دون إرسال الإشارة نفسها فعليًا. كانت دقة النقل الآني 72.3% عند 1 كلفن (-272.15 درجة مئوية) و59.9% عند 4 كلفن (-269.15 درجة مئوية). للمقارنة: الحد الكلاسيكي لمثل هذه المشكلة هو 50%.

“لقد تمكنا من تحقيق توزيع التشابك الكمي عند ترددات الموجات الدقيقة في القنوات الساخنة مع درجة حرارة 4 كلفن واستخدام هذه الارتباطات الكمومية للانتقال الكمي الآني”، أشار قائد الفريق كيريل جي. فيدوروف.

آفاق الشبكات الكمومية

تظهر النتائج أن البروتوكولات الكمومية يمكن أن تعمل بكفاءة أكبر من البروتوكولات الكلاسيكية حتى في الظروف “الدافئة” نسبيًا. وهذا يفتح الطريق لإنشاء شبكات كمومية قابلة للتطوير، حيث يمكن دمج المعالجات الكمومية الفردية في نظام واحد موزع.

في المستقبل، يمكن استخدام هذه التكنولوجيا ليس فقط للحوسبة الكمومية، ولكن أيضًا للتشفير الكمي – وهي الأساليب التي توفر مستوى أعلى بشكل أساسي من أمن المعلومات.

الخطط المستقبلية

ويخطط الباحثون لمواصلة عملهم والانتقال إلى كابلات أكثر مرونة يتم تبريدها بالهيليوم السائل. وعلى المدى الطويل، يأملون في الاقتراب من العمل في درجات حرارة أعلى وحتى نقل الإشارات الكمومية في ظروف قريبة من الغرفة.

وأكد فيدوروف أن “المهمة الرئيسية هي تطوير حلول تكنولوجية مبردة متوافقة مع منظمات التبريد الحديثة وتضمن دقة عالية في نقل الحالات الكمومية”.