اولین انتقال بی‌وقفه سیگنال‌های کوانتومی در شبکه تجاری

محققان موفق شدند برای اولین بار سیگنال‌های کوانتومی درهم‌تنیده را با پایداری کامل و بدون قطعی، از طریق یک شبکه تجاری فیبر نوری انتقال دهند.

کد خبر: ۱۲۱۶۱۴۹

سه‌شنبه - ۲۵ دی ۱۴۰۳ / January 14, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL)، شرکت EPB چاتانوگا و دانشگاه تنسی در چاتانوگا برای اولین بار انتقال سیگنال‌های کوانتومی درهم‌تنیده را از طریق یک شبکه تجاری، با استفاده از چندین کانال طول‌موج و تثبیت خودکار قطبش، بدون هیچ‌گونه قطعی موفقیت‌آمیز انجام دادند.

این آزمایش با استفاده از روش جبران خودکار قطبش (APC) توانست پایداری سیگنال را در برابر اختلالات خارجی مانند باد و تغییرات دما حفظ کند و انتقال مداوم سیگنال‌های کوانتومی را برای بیش از ۳۰ ساعت بدون قطعی تضمین کند.

این پیشرفت گامی مهم در جهت توسعه اینترنت کوانتومی پایدار و ایمن است که نشان می‌دهد چگونه می‌توان از زیرساخت‌های فعلی فیبر نوری برای پشتیبانی از شبکه‌های ارتباطی کوانتومی مقیاس‌پذیر و ایمن استفاده کرد.

این روش با استفاده از جبران خودکار قطبش، قطبش سیگنال‌های نوری – که نشان‌دهنده جهت نوسان میدان الکتریکی است – را تثبیت می‌کند. این کار با ارسال سیگنال‌های مرجع تولید شده توسط لیزر و استفاده از روشی حساس به نام آشکارسازی هتروداین برای بررسی مداوم قطبش انجام می‌شود.

جوزف چپمن، محقق کوانتومی در ORNL و سرپرست این مطالعه گفت: «هدف ما همواره توسعه سیستم‌های ارتباطی کوانتومی بوده که بدون نقص برای کاربران عمل کنند. این اولین نمایش این روش است که امکان تثبیت سریع و هم‌زمان حفظ سیگنال‌های کوانتومی را فراهم کرد، آن هم با ۱۰۰ درصد زمان کارکرد شبکه.»

این روش بیش از ۳۰ ساعت انتقال مداوم سیگنال را بین نود دانشگاه تنسی چاتانوگا و دو نود دیگر شبکه کوانتومی EPB، که هر کدام حدود نیم مایل فاصله داشتند، امکان‌پذیر ساخت.

اهمیت سیگنال‌های کوانتومی

محاسبات کوانتومی به کمک بیت‌های کوانتومی (کیوبیت‌ها) اطلاعات را ذخیره می‌کند. برخلاف بیت‌های دودویی در محاسبات کلاسیک، کیوبیت‌ها می‌توانند هم‌زمان در چندین حالت وجود داشته باشند.

در این تحقیق، فوتون‌ها به‌عنوان کیوبیت‌ها استفاده شده و کیوبیت‌های درهم‌تنیده از طریق توزیع درهم‌تنیدگی کوانتومی منتقل شدند. این فرآیند پایه و اساس شبکه‌های پیشرفته کوانتومی را تشکیل می‌دهد.

قطبش فوتون‌ها در شبکه‌های فیبر نوری می‌تواند تحت تأثیر عوامل خارجی مانند باد و تغییرات دما قرار بگیرد. روش APC تیم ORNL، با استفاده از سیگنال‌های مرجع لیزری، توانست قطبش را پایدار کند و تداخل داده‌ها را کاهش دهد.

چپمن اضافه کرد: «روش‌های قبلی معمولاً نیاز به توقف دوره‌ای شبکه داشتند. اما رویکرد ما بدون نیاز به توقف شبکه، هر نوع قطبشی را کنترل می‌کند.»

چپمن و تیمش برای این روش درخواست ثبت اختراع داده‌اند. مراحل بعدی شامل افزایش پهنای باند و دامنه جبران‌سازی برای بهبود عملکرد در شرایط متنوع‌تر خواهد بود.

دیوید وید، مدیرعامل EPB، گفت: «این همکاری بازخورد ارزشمندی برای بهبود شبکه کوانتومی EPB به‌عنوان یک منبع برای محققان، استارتاپ‌ها و مشتریان دانشگاهی فراهم می‌کند.»

این تحقیق با حمایت برنامه‌های ORNL و وزارت انرژی ایالات متحده و همچنین ابتکار کوانتومی دانشگاه تنسی چاتانوگا انجام شد.

این دستاورد در سال بین‌المللی علم و فناوری کوانتومی ۲۰۲۵، گامی مهم به سمت انقلاب کوانتومی است که می‌تواند طیف گسترده‌ای از فناوری‌های حیاتی را متحول کند.