محققان در هلند برای اولین بار یک شبکه مبتنی بر درهم تنیدگی بین سه پردازنده کوانتومی ایجاد کرده اند.
محققان هلندی با موفقیت سه پردازنده کوانتومی جداگانه را در اولین شبکه کوانتومی چند گره ای جهان به یکدیگر متصل کردند. این موفقیت راه را برای یک اینترنت کوانتومی در مقیاس بزرگ هموار می کند. چیزی که دولت ها و دانشمندان چندین دهه در آرزوی آن بودند.
QuTech، یک موسسه تحقیقات کوانتومی مستقر در دلفت، رهیافت جدیدی را منتشر کرده است که در آن سه گره (نود) که می توانند بیت های کوانتومی را ذخیره و پردازش کنند (کیوبیت نیز نامیده می شوند) به هم پیوند خورده اند. به گفته محققان QuTech، این اولین شبکه کوانتومی ابتدایی جهان است.
اتصال دستگاه های کوانتومی به هیچ وجه چیز جدیدی نیست. بسیاری از محققان در سراسر جهان در حال حاضر روی شبکه های مشابه کار می کنند، اما تاکنون فقط در پیوند دادن دو پردازنده کوانتومی موفق بوده اند. بنابراین ایجاد یک اتصال چند گره ای یک گام اساسی در جهت گسترش قابل توجه اندازه شبکه است.
هدف این تحقیقات ایجاد یک اینترنت کوانتومی است که روزی بتواند در سراسر کره زمین توزیع شود. اینترنت کوانتومی با بهره گیری از قوانین عجیب مکانیک کوانتوم اجازه می دهد دستگاه های کوانتومی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. انتظار می رود طیف وسیعی از برنامه ها را که نمی توان با ابزارهای کلاسیک موجود اجرا کرد، با این ابزار بتوان اجرا کرد.
به عنوان مثال، اینترنت کوانتومی می تواند دستگاه های کوچک کوانتومی را بهم پیوند دهد و یک خوشه کوانتومی بزرگ با قدرت محاسباتی ای بیشتر از پیشرفته ترین ابررایانه های کلاسیک ایجاد کند.
ماتئو پمپیلی، عضو تیم تحقیقاتی QuTech می گوید یک اینترنت کوانتومی طیف وسیعی از برنامه های جدید را ارایه می کند. از ارتباطات غیرقابل هک و محاسبات ابری با حفظ حریم شخصی کامل کاربر تا زمانبندی دقیق و دقت بالا. مانند اینترنت 40 سال پیش ، احتمالاً برنامه های بسیاری وجود دارد که ما در حال حاضر نمی توانیم پیش بینی کنیم که از این پدیده استفاده می کنند.
یکی از اصلی ترین خصوصیات کوانتومی که زیربنای اینترنت کوانتومی است، درهم تنیدگی است. پدیده ای که هنگامی رخ می دهد که دو ذره کوانتوم به گونه ای جفت شوند که از اساس از نظر فیزیکی به کدیگر متصل شوند.
وقتی دو ذره کوانتوم در هم گره می خورند، خصوصیات آنها به هم پیوند می خورد، به این معنی که هر تغییری در یکی از ذرات به طور حتم در ذره دیگر نیز منعکس می شود. در ارتباطات کوانتومی، این بدان معناست که دانشمندان می توانند به طور موثر از ذرات درهم پیچیده استفاده کنند تا اطلاعات را از یک کیوبیت به جفت آن “از راه دور” انتقال دهند، حتی اگر این دو در یک دستگاه کوانتومی جداگانه باشند.
با این وجود برای بالا نگه داشتن سیستم، در وهله اول باید درهم تنیدگی ایجاد و حفظ شود. در دهه گذشته، این امر توسط گروههای تحقیقاتی زیادی انجام شده است. به طور معمول با ایجاد یک پیوند فیزیکی بین دو دستگاه کوانتومی. از طریق این پیوند، که اغلب فیبر نوری است، می توان کیوبیت ایجاد کرد، در هم پیچید و سپس بین دو دستگاه کوانتومی جداگانه توزیع کرد.
اما دو گره به سختی می توانند شبکه ای در مقیاس بزرگ ایجاد کنند. و به عنوان مثال در یک کابل فیبر نوری، درهم تنیدگی بعد از حدود 100 کیلومتر قابل حفظ نیست، به این معنی که شبکه های کوانتومی راه اندازی شده به یک مسافت مشخص محدود می شوند.
به همین دلیل است که تیم تحقیقاتی QuTech در حال توسعه سیستمی مبتنی بر گره های میانی، مشابه روترهای اینترنت کلاسیک هستند که می تواند در مسافت های بیشتری درهم تنیدگی را حفظ کند.
باب ، آلیس و چارلی
معماری ای که دانشمندان فاش کرده اند ظاهراً سرراست است. یک گره میانی، به نام باب، با دو گره بیرونی به نام آلیس و چارلی ارتباط فیزیکی دارد. این بدان معنی است که می توان درهم تنیدگی بین باب و هر یک از گره های خارجی را ایجاد کرد.
باب به دو کیوبیت مجهز شده است، یکی از آنها یک کیوبیت حافظه است که به دستگاه اجازه می دهد تا یک پیوند کوانتومی تثبیت شده را به عنوان مثال با آلیس ذخیره کند. در حالی که به لطف کیوبیت ارتباطی خود، یک پیوند جدید با گره دیگر مثلا چارلی ایجاد می کند.
پس از ایجاد هر دو پیوند با گره های بیرونی، باب دو کیوبیت خاص خود را به صورت محلی متصل می کند، که یک شبکه کاملاً متصل با درهم آمیختگی بین هر سه گره ایجاد می گردد. این بدان معنی است که می توان یک پیوند کوانتومی بین آلیس و چارلی ایجاد کرد، حتی بدون وجود ارتباط مستقیم فیزیکی بین دو گره.
تیم QuTech همچنین اولین پروتکل شبکه کوانتومی را توسعه داده است که با یک سیگنال پرچم (flag signal) نشان می دهد که هر عملیات با موفقیت انجام شده است.
رونالد هانسون، سرپرست تیم تحقیقاتی مربوطه گفته است مزیت اصلی این روش این است که ما یک روش گسترده برای اتصال چندین گره به یک شبکه داریم. ما حافظه ای داریم که می تواند حالت درهم تنیده پیچیده را در حالی که گره جدید آماده می شود ذخیره کند. و سیگنال های منادی را داریم که به ما می گویند چه زمانی گره با موفقیت ایجاد شد. این امر ما را قادر می سازد بین سه گره آماده استفاده برای پردازش بیشتر یا پروتکل های دیگر قرار بگیریم. این اولین بار است که یک شبکه کوانتومی حاصل می شود.
شبکه جدید، بستر آزمایشی را برای توسعه سخت افزار، نرم افزار و پروتکل های جدید اینترنت کوانتومی فراهم می کند. اما آزمایشات همچنین برای مقیاس بندی شبکه های کوانتومی باید از یک اثبات مفهومی به یک راه حل عملی تبدیل شود.
در واقع، محققان تاکنون به جای پردازنده های کوانتومی، فقط کیوبیت های مجزا را به هم متصل کرده اند. آنها اکنون روی افزودن کیوبیت بیشتر به شبکه سه گره ای خود و افزودن لایه های نرم افزاری و سخت افزاری سطح بالاتر تمرکز خواهند کرد. اما در آینده، این تیم تحقیقاتی انتظار دارد که رویکرد فعلی خارج از آزمایشگاه و بر روی فیبرهای مخابراتی موجود آزمایش شود.
هانسون می گوید اینترنت کوانتومی آینده، از تعداد بیشماری دستگاه کوانتومی و گره های میانی تشکیل خواهد شد. تیم QuTech در حال حاضر به دنبال سازگاری آینده با زیرساخت های داده موجود هستند.
تحقیقات QuTech توسط اتحادیه اینترنت کوانتومی اتحادیه اروپا پشتیبانی می شود، که 1 میلیارد یورو (1.2 میلیارد دلار) برای تقویت تحقیقات و توسعه کوانتوم در سال 2018 هزینه نمود.
در اوایل سال جاری، دانشمندان آزمایشگاه Cleland در ایالات متحده نیز برای اولین بار موفق شدند دو کیوبیت جداگانه را با اتصال از طریق کابل درگیر کنند، دستیابی به موفقیت دیگری که ایجاد شبکه های کوانتومی را تسریع نمود.
[/av_textblock] [av_one_full first min_height=” vertical_alignment=” space=” custom_margin=” margin=’0px’ row_boxshadow=” row_boxshadow_color=” row_boxshadow_width=’10’ link=” linktarget=” link_hover=” padding=’0px’ highlight=” highlight_size=” border=” border_color=” radius=’0px’ column_boxshadow=” column_boxshadow_color=” column_boxshadow_width=’10’ background=’bg_color’ background_color=” background_gradient_color1=” background_gradient_color2=” background_gradient_direction=’vertical’ src=” background_position=’top left’ background_repeat=’no-repeat’ animation=” mobile_breaking=” mobile_display=” av_uid=’av-kw5bhw’] [av_hr class=’custom’ height=’50’ shadow=’no-shadow’ position=’center’ custom_border=’av-border-thin’ custom_width=’50px’ custom_border_color=” custom_margin_top=’30px’ custom_margin_bottom=’30px’ icon_select=’yes’ custom_icon_color=’#7bb0e7′ icon=’ue857′ font=’entypo-fontello’ av_uid=’av-kk8jxbw4′ custom_class=” admin_preview_bg=”] [av_icon_box position=’top’ icon_style=” boxed=” icon=’ue81f’ font=’entypo-fontello’ title=” link=” linktarget=” linkelement=” font_color=” custom_title=” custom_content=” color=” custom_bg=” custom_font=” custom_border=” av-medium-font-size-title=” av-small-font-size-title=” av-mini-font-size-title=” av-medium-font-size=” av-small-font-size=” av-mini-font-size=” av_uid=’av-kk8jy12r’ custom_class=” admin_preview_bg=”]