بينما يعمل الباحثون في جميع أنحاء العالم نحو إنترنت كمّي محتمل، يبقى هناك حاجز طريق رئيسي
كيفية بناء جهاز يسمى مكرر الكم؟
جلبت التطورات في علم المعلومات الكمومية إمكانية وجود إنترنت كمّي محتمل — وهي الشبكات التي تحمل المعلومات عبر الفوتونات في تراكبات الدول، التي تسمى الكوبيت، بدلاً من 0 و 1 التي تنقلها شبكات اليوم من مكان إلى آخر.
في العقد الماضي أو نحو ذلك، اتخذ الباحثون حول العالم خطوات كبيرة نحو بناء شبكات كمية. في حين أن العديد من المجموعات بدأت في إختبار الشبكات الصغيرة التي يبلغ حجمها عشرات الأميال، إلا أن العقبات الرئيسية، بما في ذلك الحاجة إلى تطوير قطعة رئيسية من الأجهزة، تكمن في طريق الشبكات الكمية الأكبر. تقول غابرييلا كاريني، من مختبر بروكهافن الوطني في نيويورك، وهي منظِّمة “ورشة عمل مخطط الإنترنت الكمومي” التي جرت في فبراير:
لا يزال هناك الكثير من الأبحاث التي يجب إثباتها”. “ولكن إذا لم يكن لديك رؤية، فلن تتحدث جميع القطع معًا.
كانت ورشة العمل خطوة نحو “إنشاء شبكة إنترنت كمّي محتمل على الصعيد الوطني” في الولايات المتحدة.
رسائل آمنة دون تهديد التنصت
يكمن جاذبية الشبكات الكمية في كل من التطبيقات العملية الفورية والتقدم المحتمل لأبحاث العلوم الأساسية. أحد أوضح هذه التطبيقات هو القدرة على إرسال رسائل آمنة دون تهديد التنصت. نظرًا لأن المعلومات يتم تشفيرها مع تراكبات الحالات، فإن أي اعتراض لرسالة من شأنه أن يؤدي إلى انهيار وظائف الموجة الكوبيت، مما يشير إلى أنه تم اعتراض الرسالة.
معلومات أكثر من الشبكات الكلاسيكية
يمكن أيضًا أن تقوم Qubits بترميز معلومات أكثر من البيتات الكلاسيكية، لذلك يمكن أن تحمل الشبكات الكمية كميات أكبر من المعلومات بكفاءة أكبر. يقول ديفيد أوشالوم، الباحث في جامعة شيكاغو، الذي يعمل على جهد الشبكة الكمومية في منطقة شيكاغو:
“إنها طريقة جديدة بشكل أساسي لربط المعلومات”.
يمكن لشبكات الكم أن تقدم التطورات في تكنولوجيا الإستشعار عن بعد والتلسكوبات وكذلك التطبيقات التي لم يدركها العلماء بعد. يمكن أن تكون الإنترنت الكمية “ثورة أخرى على نفس مستوى الإنترنت الكلاسيكي،” يقول كاريني.
إنتقال الفوتونات عبر الشبكة
ومع ذلك، فإن نفس الخصائص التي تجعل الشبكات الكمية مفيدة فهي تمثل تحديات كبيرة. غالبًا ما تستخدم الشبكات الأرضية، سواء كانت كلاسيكية أو كمية، الألياف البصرية لتوجيه المعلومات من مكان إلى آخر في شكل فوتونات. مع إنتقال الفوتونات عبر الشبكة، سيتم فقد بعضها بمرور الوقت نتيجة الشوائب في الألياف، مما يضعف الإشارة. في الشبكات الكلاسيكية، تقوم الأجهزة المسماة “مكررات” بإكتشاف الإشارة بشكل متقطع وتضخيمها وإرسالها مرة أخرى. ولكن بالنسبة للمعلومات التي تحملها الفوتونات في تراكبات الحالات، أو الكوبيتات، “لا يمكن قراءة الإشارة دون إزعاجها”.
يقول الباحثون إن مفتاح الإتصال الكمي لمسافات طويلة هو إكتشاف كيفية بناء “مكرر كمي” يعادل المكرر الكلاسيكي الموجود. بدون مكرر كمي، لن يتمكن Qubits عادةً من السفر عبر أميال قليلة أو ما يصل إلى حوالي 100 ميل من الألياف. وهو نطاق قليل جدًا للشبكات واسعة الإنتشار.
يقول إيدن فيغيروا من جامعة ستوني بروك، نيويورك، ومختبر بروكهافن الوطني
يعد مكرر الكم هذا مهمًا في مجال الاتصال الكمي مثل أهمية الكمبيوتر الكمي نفسه في مجال الحوسبة الكمية.
يستخدم الكمبيوتر الكمي بعض الظواهر شبه الغامضة لميكانيكا الكم لتقديم قفزات هائلة إلى الأمام في قوة المعالجة. تتقدم آلات الكم بتفوق حتى أكثر أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم وغدًا.
