دانشمندان یک قدم دیگر به ساخت شبکه اینترنت کوانتومی ایمن نزدیک شدند

 دانشمندان در حال تلاش برای یافتن راهکاری جهت ساخت اینترنت کوانتومی کاملا ایمن و غیر قابل هک هستند. در حقیقت منظور از ایمن بودن به این مفهوم است که چنانچه فردی موفق به شنود مکاتبه‌ی خصوصی شما شود، به سرعت از آن مطلع شوید.

علت چنین پدیده‌ای این است که برخلاف شبکه‌های فیبر نوری استفاده شده در سیستم‌های انتقال داده که در آن‌ها داده‌ها در پرتوهای نور ذخیره می‌شوند، در اینترنت کوانتومی این داده‌‌ها در ذرات نور که با نام فوتون‌ از آن‌ها یاد می‌شود، ذخیره می‌شوند. در حالیکه در سیستم‌‌های نوری مرسوم، امکان ایجاد تداخل و خواندن اطلاعات وجود دارد، اما در مورد سیستم‌های کوانتومی امکان سنجش فوتون‌‌ها بدون نابودی آن‌ها وجود ندارد. بنابراین احتمالا هک این نوع سیستم غیر ممکن خواهد بود.

متاسفانه‌ ساخت و توسعه‌ی شبکه‌ی اینترنت کوانتومی به هیچ وجه ساده نیست. چندین سال است که دانشمندان در یافتن راهکاری برای انتشار بهینه‌ی پرتوهای فوتون یگانه یا نور کوانتومی دچار مشکل هستند. اما به نظر می‌رسد سرانجام گروهی از پژوهشگران دانشگاه استنفورد با ایجاد یک منبع نور کوانتومی که می‌تواند زمینه‌ساز برقراری اتصال کوانتومی باشد، به این مهم دست یافته‌اند.

همانطور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، منبع نور مورد بحث در حقیقت لیزری در ابعاد نانو است که پرتوهای نور را از داخل یک تراشه‌‌ی گالیم آرسنید عبور می‌دهد. این تراشه مانند فیلتری عمل می‌کند که باعث می‌شود در حین تولید نور کوانتومی (رنگ آبی)، نور کلاسیک (رنگ صورتی) نیز اجازه‌ی عبور بیابد.

تا این مرحله همه چیز به خوبی پیش می‌رود، اما پژوهشگران پس از ارسال این سیگنال، در مرحله‌ی دریافت آن دچار مشکل ‌می‌شوند.

یلنا واکوویچ؛ از اعضای اصلی گروه تحقیقاتی یاد شده در این خصوص می‌گوید:

مشکل اصلی این است که پرتوهای نور کوانتومی بسیار ضعیف‌تر از باقی پرتوهای نوری خارج شده از این لیزر اصلاح شده است و در نتیجه جمع‌آوری آن بسیار دشوار خواهد بود. بنابراین ما راهکاری جهت فیلتر کردن پرتوهای نوری مزاحم یافتیم که امکان جمع‌آوری بهتر و راحت‌تر سیگنال‌های کوانتومی را فراهم می‌کرد.

این فیلتر عملکردی مشابه با هدفون‌های حذف نویز دارد. این هدفون‌ها صوت را با فرکانسی مشابه با فرکانس‌ صداهای مزاحم محیط مانند صدای ترافیک پخش کرده و در نتیجه نویزهای محیطی را حذف می‌کنند. با این تفاوت که در این مورد هدف به جای حذف صداهای محیطی، حذف پرتوهای نوری مزاحم است.

کوین فیشر؛ یکی دیگر از اعضای گروه می‌گوید:

مقداری از پرتوهای نوری برگشت داده شده از لیزر اصلاح شده، عملکردی مانند نویز داشته و مانع از جمع‌آوری پرتوهای نوری کوانتومی می‌شوند. ما برای اثبات وجود سیگنال‌های کوانتومی، این پرتوهای مزاحم را حذف کردیم.

برای انجام این کار، آن‌ها در ابتدا ساختار پرتوهای نوری پس‌زمینه را بررسی کرده و سپس الگوی مشابهی را به سمت منبع نور تابانده‌اند. آن‌‌‌ها در نهایت با اعمال تغییراتی در نحوه‌ی همپوشانی این دو منبع نور، موفق به حذف پرتوهای نوری پس‌زمینه و در نتیجه، آشکارسازی پرتوهای نور کوانتومی نهان شدند.

واکوویچ می‌گوید:

این دستاورد بسیار نویدبخش است و ما را در مسیر دست‌یابی به راهکاری عملی برای ایجاد اتصال کوانتومی ایمن قرار می‌دهد.

در حال حاضر اعضای این گروه در حال ساخت نمونه‌ای اولیه از دستگاهی هستند که می‌تواند زمینه‌ساز ایجاد اینترنت کوانتومی باشد و با توجه به این موضوع که اخیرا پژوهشگران امریکایی به راهکاری برای مخابره‌ی اطلاعات کوانتومی در طول یک فیبر نوری ۱۰۰ کیلومتری دست یافته‌اند، می‌توان به این نتیجه رسید که پیشرفت‌ پژوهشگران در این حوزه، بسیار قابل توجه بوده است.