اولین شبکه کوانتومی چند گرهی راه را برای اینترنت کوانتومی هموار می‌کند.

منتشر‌شده در zdnet به تاریخ ۱۶ آوریل ۲۰۲۱
لینک منبع First multi-node quantum network paves the way for the quantum internet

محققان در هلند با موفقیت سه پردازنده کوانتومی جداگانه را در اولین شبکه کوانتومی چندگرهی جهان به هم متصل کرده‌اند. این امر راه را برای یک اینترنت کوانتومی در مقیاس بزرگ هموار می‌کند که چندین دهه است دولت‌ها و دانشمندان در حال دیدن رویای آن هستند. کیوتک، یک موسسه تحقیقاتی کوانتومی مستقر در دلفت، کار جدیدی را منتشر کرده است که در آن سه گره که می‌توانند بیت‌های کوانتومی را ذخیره و پردازش کنند (که همچنین کیوبیت نامیده می‌شوند) به هم متصل شده‌اند. بنا به گفته محققان کیوتک، این اولین شبکه کوانتومی ابتدایی جهان است.

ممکن است به مطالعه مقاله فیزیک‌دانان یک نقطه کوانتومی می‌سازند که می‌تواند ماهیت ماده تاریک را افشا کند! علاقمند باشید.

اتصال دستگاه‌های کوانتومی به هیچ وجه یک نوآوری نیست: بسیاری از محققان در سراسر جهان در حال حاضر بر روی شبکه‌های مشابه کار می‌کنند، اما تا‌کنون تنها موفق به اتصال دو پردازنده کوانتومی شده‌اند. بنابراین، ایجاد یک اتصال چندگرهی یک گام کلیدی به سمت گسترش قابل‌توجه اندازه شبکه است.

هدف از بیشتر تحقیقات، ایجاد یک اینترنت کوانتومی است که بتواند یک روز در کل زمین پخش شود. اینترنت کوانتومی از قوانین عجیب مکانیک کوانتومی بهره می‌برد تا اجازه دهد دستگاه‌های کوانتومی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، و انتظار می‌رود که طیف وسیعی از کاربردها را که نمی‌توانند با ابزارهای کلاسیک موجود اجرا شوند، آزاد کند.

به عنوان مثال، اینترنت کوانتومی می‌تواند دستگاه‌های کوانتومی کوچک را به هم متصل کند تا یک خوشه کوانتومی بزرگ با توان محاسباتی بیشتر از ابرکامپیوترهای کلاسیک پیچیده ایجاد کند. ماتئو پومپیلی، یکی از اعضای تیم تحقیقاتی کوتکسی گفت: «یک اینترنت کوانتومی طیف وسیعی از برنامه‌های کاربردی جدید، از ارتباطات غیر‌هکری و رایانش ابری با حریم خصوصی کامل کاربر تا نگهداری زمان دقیق را ممکن خواهد کرد.» «و مانند اینترنت ۴۰ سال پیش، احتمالا کاربردهای زیادی وجود دارند که ما اکنون نمی‌توانیم آن‌ها را پیش‌بینی کنیم.»

یکی از ویژگی‌های کلیدی کوانتومی که زیربنای اینترنت کوانتومی را تشکیل می‌دهد، درهم‌تنیدگی است-- پدیده‌ای که وقتی دو ذره کوانتومی به گونه‌ای جفت می‌شوند که اساسا به هم متصل می‌شوند، مهم نیست که از نظر فیزیکی چقدر از یکدیگر فاصله دارند. هنگامی که دو ذره کوانتومی درگیر می‌شوند، خواص آن‌ها به هم مرتبط می‌شوند، که به این معنی است که هر‌گونه تغییر به یکی از ذرات به ناچار در ذره دیگر منعکس خواهد شد. در ارتباطات کوانتومی، این بدان معنی است که دانشمندان می‌توانند به طور موثر از ذرات به‌هم‌چسبیده برای اطلاعات «تلپورت» از یک کیوبیت به زوج جفت شده آن استفاده کنند، حتی اگر این دو در دستگاه‌های کوانتومی جداگانه باشند.

با این حال، برای اینکه سیستم حفظ شود، درگیر شدن باید در وهله اول ایجاد و حفظ شود. در دهه گذشته، این امر توسط گروه‌های تحقیقاتی متعددی، به طور معمول با ایجاد یک پیوند فیزیکی بین دو دستگاه کوانتومی، به دست آمده است. از طریق این پیوند، اغلب فیبر نوری، کیوبیت‌ها می‌توانند ایجاد، گره خورده و سپس بین دو دستگاه کوانتومی جداگانه توزیع شوند.

اما دو گره به سختی برای ایجاد یک شبکه در مقیاس بزرگ کافی هستند؛ و در یک کابل فیبر نوری، به عنوان مثال، درگیری را نمی‌توان پس از حدود ۱۰۰کیلومتر حفظ کرد، به این معنی که شبکه‌های کوانتومی تنظیم‌شده تا‌کنون توسط فاصله کوتاهی که می‌توانند پوشش دهند محدود شده‌اند.

به همین دلیل است که تیم تحقیقاتی کیوتک در حال توسعه یک سیستم مبتنی بر گره‌های میانی، مشابه با روترها در اینترنت کلاسیک است، که می‌تواند درگیری را در فواصل بزرگ‌تر حفظ کند.

ربات‌های باب، آلیس و چارلی

معماری که دانشمندان آشکار کرده‌اند ظاهرا ساده و سرراست است. گره میانی به نام باب دارای ارتباط فیزیکی با دو گره بیرونی به نام آلیس و چارلی است. این بدان معنی است که درهم‌تنیدگی می‌تواند بین باب و هر یک از گره‌های بیرونی ایجاد شود. باب به دو کیوبیت مجهز است، که یکی از آن‌ها کیوبیت حافظه است که به دستگاه اجازه می‌دهد تا یک پیوند کوانتومی ایجاد شده را ذخیره کند، برای مثال با آلیس، در‌حالی‌که به لطف کیوبیت ارتباطی‌اش، یک پیوند جدید با گره دیگر-- در این سناریو با چارلی.

هنگامی که هر دو لینک با گره‌های بیرونی ایجاد شدند، باب دو کیوبیت خود را به صورت محلی متصل می‌کند، که یک شبکه کاملا متصل با درگیری بین هر سه گره ایجاد می‌کند. این بدان معنی است که یک پیوند کوانتومی می‌تواند بین آلیس و چارلی ایجاد شود، حتی بدون یک پیوند فیزیکی مستقیم بین دو گره.

مطالعه مقاله راه‌اندازی اولین گواهی‌نامه توسعه‌دهنده برای محاسبات کوانتومی توسط IBM توصیه می‌شود.

تیم کوتک همچنین اولین پروتکل شبکه کوانتومی را با یک علامت پرچم توسعه داد که نشان می‌دهد هر عملیات با موفقیت تکمیل شده است. رونالد هانسون، که رهبری تیم تحقیقاتی را بر عهده داشت، به ZDNet می‌گوید: «مزیت اصلی این نمایش این است که ما یک راه مقیاس‌پذیر برای ارتباط گره‌های متعدد به یک شبکه داریم.» ما حافظه‌های داریم که می‌تواند حالت گرفتار را در‌حالی‌که گرفتاری جدید در حال آماده شدن است، ذخیره کند. و ما سیگنال‌های رهگیری داریم که به ما می‌گویند چه زمانی گرفتار شدن با موفقیت ایجاد شد.

این امر ما را قادر ساخت تا بین سه گره که آماده استفاده برای پردازش بیشتر یا پروتکل‌های دیگر هستند، گرفتار شویم. این اولین باری است که این امر در تنظیمات شبکه کوانتومی محقق می‌شود. شبکه جدید یک بستر آزمایشی برای توسعه سخت‌افزار، نرم‌افزار و پروتکل‌های اینترنت کوانتومی جدید فراهم خواهد کرد؛ اما این آزمایش همچنین باید از اثبات مفهوم به یک راه‌حل قابل‌اجرا به منظور افزایش مقیاس شبکه‌های کوانتومی تکامل یابد.

در عمل، محققان تا کنون به جای پردازنده‌های کوانتومی، کیوبیت‌های منفرد و مجزا را به هم متصل کرده‌اند. آن‌ها در حال حاضر بر روی اضافه کردن کیوبیت‌های بیشتر به شبکه سه گرهی خود و اضافه کردن لایه‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری سطح بالاتر تمرکز خواهند کرد. اما در آینده، این تیم انتظار دارد که رویکرد فعلی در خارج از آزمایشگاه بر روی فیبر مخابراتی موجود آزمایش شود.

هانسون می‌گوید: «اینترنت کوانتومی آینده شامل دستگاه‌های کوانتومی بی‌شمار و گره‌های میانی خواهد بود.» همکاران کیوتک در حال حاضر به دنبال سازگاری آینده با زیرساخت‌های داده موجود هستند. تحقیق کیوتک توسط اتحاد اینترنت کواینتوم اتحادیه اروپا پشتیبانی می‌شود، که بخشی از بلوک دهه‌ای، ۱ میلیارد (۱.۲ میلیارد دلار) کوانتوم فلاگشیپ است-- ابتکاری که در سال ۲۰۱۸برای افزایش تحقیق و توسعه کوانتومی آغاز شد.

اتحادیه اروپا در ترویج توسعه اینترنت کوانتومی تنها نیست. چین و ایالات‌متحده به طور مساوی به پیشرفت شبکه‌های کوانتومی علاقمند هستند و در حال حاضر نقاط عطف در این زمینه را به دست آورده‌اند. برای مثال، دانشمندان چینی اخیرا بر روی ۱۲۰۰ کیلومتر رکورد‌شکنی درگیر شده‌اند. در اوایل سال جاری، دانشمندان کلیلند لبز در ایالات‌متحده برای اولین بار در گرفتار کردن دو کیوبیت مجزا با اتصال آن‌ها از طریق کابل موفق شدند، پیشرفت دیگری که انتظار می‌رود ایجاد شبکه‌های کوانتومی را تسریع کند.

این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله علوم کامپیوتر ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.