یک دستاورد مهم در فناوری کوانتومی امکان برقراری ارتباط کوانتومی امن در فاصله بیش از ۱۰۰ کیلومتر را فراهم کرده است.
پژوهشگرانی به رهبری جیانوی پان، چیانگ ژانگ و شیائوهوی بائو در دانشگاه علم و فناوری چین USTC، وابسته به آکادمی علوم چین CAS، به یک نقطه عطف اساسی در حوزه ارتباطات کوانتومی دست یافتهاند. آنها برای نخستین بار یک مؤلفه کلیدی مورد نیاز برای تکرارکنندههای کوانتومی مقیاسپذیر را به نمایش گذاشتند؛ دستاوردی که در ادامه به آنها اجازه داد توزیع کلید کوانتومی مستقل از دستگاه DI-QKD را در فاصله ۱۰۰ کیلومتر اجرا کنند.
نتایج این پژوهش که در مجلات Nature و Science منتشر شده است، گام مهمی به سوی ساخت یک اینترنت کوانتومی عملیاتی به شمار میرود. این دستاورد همچنین جایگاه چین را در خط مقدم پژوهشها و فناوریهای کوانتومی تقویت میکند.
در قلب علم اطلاعات کوانتومی، تلاش برای ایجاد شبکههایی قرار دارد که هم از نظر امنیت و هم از نظر کارایی در بالاترین سطح باشند. چنین شبکههای کوانتومی میتوانند اندازهگیری دقیق کوانتومی، ارتباطات کوانتومی و رایانش کوانتومی توزیعشده را با یکدیگر ترکیب کنند. این قابلیتها در کنار هم میتوانند اندازهگیریهای فوقحساس، انتقال امن دادهها و پردازش اطلاعات با سرعتی بهمراتب بالاتر را ممکن سازند.
یکی از چالشهای فنی اصلی، توزیع قابلاعتماد درهمتنیدگی کوانتومی در فواصل طولانی بوده است. درهمتنیدگی برای شبکههای کوانتومی در مقیاس بزرگ ضروری است، اما فوتونهایی که از طریق فیبرهای نوری حرکت میکنند بهتدریج از دست میروند و این موضوع بهشدت فاصلهای را که درهمتنیدگی میتواند بهصورت مستقیم منتقل شود محدود میکند.
همین مشکل، توزیع کلید کوانتومی را که سنگبنای ارتباطات کوانتومی امن محسوب میشود نیز محدود کرده است. در حالی که DI-QKD امنیت را حتی در شرایطی که دستگاههای مورد استفاده بهطور کامل قابل اعتماد نباشند تضمین میکند، آزمایشهای پیشین تنها به فواصل چند صد متر محدود بودند.
برای عبور از این مرز، تیم تحقیق یک سامانه تکرارکننده کوانتومی توسعه داد که قادر به ایجاد درهمتنیدگی حافظه–حافظه بین دو گره مجزا است. با پیوند دادن این گرهها از طریق تعویض درهمتنیدگی، پژوهشگران با موفقیت توانستند درهمتنیدگی را در فواصل بسیار طولانیتر گسترش دهند.
این نخستین بار در جهان بود که درهمتنیدگی کوانتومی با طول عمر بالا و مناسب برای معماریهای تکرارکننده کوانتومی مقیاسپذیر به دست آمد. با حفظ درهمتنیدگی برای مدتی بهمراتب طولانیتر از زمان مورد نیاز برای برقراری اتصال میان بخشهای مختلف، این دستاورد مسیر را برای شبکههای کوانتومی عملی در فواصل طولانی هموار میکند.
جیانوی پان، از رهبران این تیم پژوهشی، بر اهمیت تکرارکنندههای کوانتومی تأکید کرد و آنها را بلوکهای سازندهای توصیف کرد که امکان اتصال رایانههای کوانتومی عمومی را که طی ۱۰ تا ۱۵ سال آینده توسعه خواهند یافت، فراهم میکنند.
