این دستاورد خیرهکننده که توسط گروهی از پژوهشگران در ایالات متحده انجام شد، شاید هنوز به ما اجازه ندهد صبحها برای فرار از ترافیک خودمان را به محل کار “تلهپورت” کنیم یا ویدیوهای بامزه گربهها را سریعتر دانلود کنیم!
اما همین توانایی در انتقال حالتهای کوانتومی از طریق زیرساختهای اینترنتی موجود، گامی عظیم در جهت تحقق شبکههای محاسباتی کوانتومی متصل، رمزنگاریهای فوقامن و روشهای نوین و قدرتمند برای حسگری و اندازهگیری به شمار میآید.
پرم کومار (Prem Kumar)، مهندس رایانه از دانشگاه نورثوسترن که سرپرستی این پژوهش را بر عهده داشت، در گفتوگویی میگوید:
«این واقعاً هیجانانگیز است، چون هیچکس فکر نمیکرد چنین چیزی ممکن باشد. کار ما نشان میدهد که میتوانیم شبکههای کوانتومی و کلاسیک نسل آینده را روی یک زیرساخت فیبر نوری مشترک بنا کنیم. در واقع، این پژوهش درِ ورود به سطحی جدید از ارتباطات کوانتومی را باز میکند.»
تلهپورت کوانتومی در نگاه اول یادآور فناوریهای علمیتخیلی سریال پیشتازان فضا (Star Trek) است، جایی که انسانها در کسری از ثانیه از مکانی به مکان دیگر منتقل میشوند.
اما در دنیای واقعی، «تلهپورت کوانتومی» به معنای انتقال اطلاعات کوانتومی یک ذره از یک نقطه به نقطه دیگر است، بدون آنکه خود آن ذره جابهجا شود. در این فرآیند، ویژگیهای کوانتومی ذره مبدأ از بین میروند، اما دقیقاً همان ویژگیها روی ذرهای دیگر در مقصد بازسازی میشوند — چیزی شبیه کپی کاملِ «حالت کوانتومی» از راه دور.
این پدیده از مفهومی بنیادی به نام درهمتنیدگی (Entanglement) سرچشمه میگیرد؛ رابطهای مرموز که در آن دو ذره چنان بههم پیوند میخورند که اگر یکی از آنها اندازهگیری شود، دیگری نیز در همان لحظه تحت تأثیر قرار میگیرد، حتی اگر میان آنها فاصلهای چند کیلومتری یا حتی چند سال نوری باشد.
با این حال، اجرای عملی چنین فرآیندی کار سادهای نیست. در دنیای واقعی، حالت کوانتومی هر ذره بسیار شکننده است و با کوچکترین تداخل یا تماس با محیط اطراف از بین میرود — پدیدهای که در فیزیک کوانتومی به آن واپاشی یا واهمامیخت (Decoherence) گفته میشود.
به تعبیر طنزآمیز پژوهشگران، «حالت کوانتومی مانند رشتهای از پشمک در زیر باران است؛ اگر از آن محافظت نکنی، در چند لحظه کاملاً از بین میرود!»
در رایانههای کوانتومی، دانشمندان با خنکسازی شدید یا استفاده از میدانهای مغناطیسی، سعی میکنند این حالتهای ظریف را حفظ کنند. اما انتقال یک فوتون (ذره نور) حامل اطلاعات کوانتومی از درون فیبر نوریای که در همان لحظه حجم عظیمی از دادههای بانکی، ویدیوها و پیامها در آن جریان دارد، بسیار دشوارتر است — گویی بخواهی همان پشمک را در رودخانه میسیسیپی بیندازی و انتظار داشته باشی در آن سوی رودخانه هنوز سالم و خوشطعم بمانی!
برای حل این مشکل، تیم کومار مجموعهای از روشهای پیشرفته را به کار گرفت تا مسیر حرکت فوتون کوانتومی را از سایر امواج نوری جدا کند و از پخش یا تداخل آن جلوگیری نماید.
کومار توضیح میدهد:
«ما بهدقت بررسی کردیم که چگونه نور درون فیبر نوری پراکنده میشود و فوتونهای خود را در نقطهای قرار دادیم که این پراکندگی به حداقل برسد. در نتیجه، توانستیم ارتباط کوانتومی را بدون تداخل با دادههای معمولی (کلاسیک) برقرار کنیم.»
پیش از این، گروههای پژوهشی دیگر در شبیهسازیهای آزمایشگاهی موفق شده بودند دادههای کوانتومی را در کنار دادههای اینترنتی شبیهسازیشده منتقل کنند، اما تیم کومار نخستین گروهی بود که در دنیای واقعی و در بستر اینترنت فعال، حالت کوانتومی را تلهپورت کرد.
نتیجه این آزمایش نشان میدهد که تحقق «اینترنت کوانتومی» دیگر فقط در حد نظریه نیست، بلکه قدمبهقدم به واقعیت نزدیکتر میشود — اینترنتی که در آن میتوان اطلاعات را با امنیت مطلق، سرعتی بیسابقه و توانایی پردازش دادههای عظیم بین نقاط مختلف جهان مبادله کرد.
به گفتهی کومار:
«تلهپورت کوانتومی میتواند ارتباطات ایمن کوانتومی بین گرههای جغرافیایی دور از هم فراهم کند. بسیاری از افراد تصور میکردند برای این کار نیاز به ساخت زیرساختهای کاملاً جدید است، اما اگر طول موجهای مناسب انتخاب شود، میتوان از همان کابلهای فیبر نوری فعلی استفاده کرد. ارتباطات کوانتومی و کلاسیک میتوانند همزمان و در کنار هم وجود داشته باشند.»
به بیان سادهتر، این دستاورد نشان میدهد که شبکههای ارتباطی آینده میتوانند بهجای جایگزینی اینترنت فعلی، بر بستر همان فیبرهای موجود ساخته شوند — همان کابلهایی که امروزه میلیونها گیگابایت داده را میان قارهها جابهجا میکنند.
چنین امکانی نهتنها هزینه توسعه اینترنت کوانتومی را به شدت کاهش میدهد، بلکه راه را برای پیشرفتهایی در رمزنگاری غیرقابل نفوذ، امنیت سایبری پیشرفته، محاسبات کوانتومی توزیعشده و حتی سنجشهای علمی فوقدقیق باز میکند.
از دیدگاه فنی، این پژوهش بهخوبی نشان داد که درهمتنیدگی کوانتومی میتواند با دادههای کلاسیک در یک محیط مشترک همزیستی کند — موضوعی که تا مدتها غیرممکن فرض میشد.
بهطور خلاصه، در این آزمایش، فوتونهای درهمتنیده از طریق فیبر نوری ارسال شدند و پس از طی ۳۰ کیلومتر در شبکه واقعی اینترنت، حالت کوانتومی آنها بدون از دست دادن اطلاعات بازسازی شد. این یعنی «کپی دقیق ویژگیهای کوانتومی یک فوتون در نقطهای دیگر»، بدون اینکه خود فوتون واقعی حرکت کند.
با پیشرفت چنین فناوریهایی، آیندهای قابل تصور است که در آن رایانههای کوانتومی در نقاط مختلف جهان از طریق یک اینترنت کوانتومی جهانی به هم متصل شوند و توان محاسباتی بیسابقهای را به اشتراک بگذارند — شبکهای که میتواند مسائل پیچیدهای را حل کند که حتی قدرتمندترین ابررایانههای امروزی نیز از عهده آن برنمیآیند.
بدین ترتیب، تلهپورت کوانتومی دیگر یک رؤیای علمیتخیلی نیست، بلکه گامی واقعی به سوی عصر جدیدی از ارتباطات، امنیت، و پردازش اطلاعات است — عصری که مرز میان علم و تخیل روزبهروز باریکتر میشود.
به قول کومار در پایان مقاله:
«ما اکنون در آستانهی نسلی از شبکهها قرار داریم که ارتباطات کوانتومی و کلاسیک را در یک بستر واحد ترکیب میکنند — و این، شاید همان لحظهای باشد که اینترنت واقعاً وارد عصر کوانتومی خود میشود.»