تحقیقات اخیر دانشگاه پنسیلوانیا نشان می‌دهد که اینترنت کوانتومی دیگر محدود به آزمایشگاه‌ها نیست و می‌توان سیگنال‌های کوانتومی را بدون نیاز به زیرساخت‌های جدید، روی شبکه‌های اینترنت شهری استاندارد منتقل کرد. این موفقیت، نقطه عطفی در توسعه فناوری‌های ارتباطی نسل آینده است و امکان آزمایش و توسعه شبکه‌های کوانتومی کاربردی را فراهم می‌کند. مطالعه منتشر شده در نشریه Science نشان می‌دهد که با استفاده از کابل‌های فیبر نوری موجود و تجهیزات سازگار، انتقال امن و پایدار داده‌های کوانتومی در محیط واقعی ممکن است.
انتقال سیگنال های کوانتومی از طریق فیبر نوری شهری
سیگنال‌های کوانتومی به شدت حساس هستند و اندازه‌گیری مستقیم آن‌ها باعث از بین رفتن ویژگی‌های درهم‌تنیدگی کوانتومی می‌شود. همچنین نویز شبکه‌های اینترنت شهری می‌تواند خواندن آن‌ها را غیرممکن کند. بااین‌حال، محققان موفق شدند سیگنال‌های کوانتومی را از طریق همان شبکه پرترافیک اینترنت که داده‌های IP کلاسیک از آن عبور می‌کنند، منتقل کنند. این پیشرفت نشان می‌دهد که زیرساخت‌های فعلی اینترنت می‌توانند میزبان انتقال اطلاعات کوانتومی باشند و نیازی به ایجاد شبکه‌های اختصاصی جداگانه نیست.
کلید موفقیت در این پروژه، تراشه Q-Chip است؛ یک تراشه سیلیکونی که برای هماهنگی میان سیگنال‌های سنتی و کوانتومی طراحی شده است. Q-Chip قادر است سیگنال‌های کوانتومی و استاندارد را در یک بسته ترکیب کرده و بدون نیاز به اندازه‌گیری مستقیم، آن‌ها را در شبکه‌های فیبر نوری شهری ارسال و دریافت کند. این تراشه همچنین نویز موجود در مسیر را اصلاح می‌کند و تضمین می‌کند که اطلاعات کوانتومی سالم و قابل اعتماد باقی بمانند.
نقش Q-Chip در اینترنت کوانتومی
در محاسبات کوانتومی، برخلاف کامپیوترهای کلاسیک که از ترانزیستور و بیت استفاده می‌کنند، از کیوبیت‌ها بهره گرفته می‌شود. کیوبیت‌ها با ویژگی‌های درهم‌تنیدگی کوانتومی قادرند همزمان در حالت‌های 0، 1 یا ترکیبی از آن‌ها باشند. اما اندازه‌گیری مستقیم این کیوبیت‌ها موجب نابودی ویژگی‌های کوانتومی می‌شود. همانند آزمایش ذهنی شرودینگر، ذرات کوانتومی تا زمان مشاهده در حالت برهم‌نهی باقی می‌مانند و پس از مشاهده به حالت مشخصی می‌روند.
Q-Chip با ترکیب سیگنال کوانتومی با سیگنال استاندارد اینترنت مبتنی بر نور، این مشکل را حل کرده است. سیگنال استاندارد نقش موتور مسیریابی را ایفا می‌کند و سیگنال کوانتومی بدون اندازه‌گیری، در کنار آن به صورت ایمن حرکت می‌کند. این روش امکان اصلاح نویز را نیز فراهم می‌کند، زیرا تراشه‌ها در سمت ارسال و دریافت، اطلاعات دقیق سیگنال استاندارد را دارند و می‌توانند سیگنال کوانتومی را به شکل همزمان تصحیح کنند.
کاربردهای عملی و آینده اینترنت کوانتومی
«لیانگ فنگ»، نویسنده ارشد مقاله، تأکید می‌کند که Q-Chip نشان می‌دهد سیگنال‌های کوانتومی را می‌توان روی شبکه‌های تجاری فعال مانند Verizon مدیریت کرد و از پروتکل‌های اینترنت کلاسیک استفاده نمود. این پیشرفت امکان آزمایش‌های بزرگ‌تر و توسعه اینترنت کوانتومی عملی را فراهم می‌کند. سیستم Q-Chip می‌تواند روی شبکه‌های فیبر نوری شهری و دیگر زیرساخت‌های موجود پیاده‌سازی شود و این موضوع باعث کاهش هزینه‌ها و تسریع فرآیند توسعه می‌شود.
با این حال، برای انتقال موفق سیگنال‌های کوانتومی در فواصل طولانی، مانند ارتباط میان شهرها یا حتی کشورهای مختلف، نیاز به تحقیقات و آزمایش‌های بیشتر وجود دارد. این مطالعات شامل بهبود تصحیح نویز، افزایش توان تراشه‌ها و ایجاد پروتکل‌های امن برای مسافت‌های طولانی است. وقتی این چالش‌ها حل شوند، اینترنت کوانتومی می‌تواند پایه‌ای برای ایجاد شبکه‌های فوق ایمن و سریع در سطح جهانی باشد.
نتیجه گیری
موفقیت در انتقال سیگنال‌های کوانتومی روی شبکه اینترنت استاندارد، گام بزرگی به سوی اینترنت کوانتومی عملی و قابل دسترسی برای عموم است. این فناوری نه تنها امکان توسعه خدمات ارتباطی فوق ایمن را فراهم می‌کند، بلکه پایه‌ای برای نسل جدید محاسبات کوانتومی و برنامه‌های کاربردی نوآورانه در زمینه‌های مالی، پزشکی و علمی ایجاد می‌کند. استفاده از Q-Chip و فناوری مشابه می‌تواند مسیر دستیابی به شبکه‌های جهانی کوانتومی را کوتاه‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر کند.