شبکه کوانتومی: انقلاب در ارتباطات امن با فیبرهای نوری

تجسمی از عملکرد یک کامپیوتر کوانتومی/ adventtr (Getty Images)

دانشمندان در گامی بی‌سابقه، سیگنال‌های کوانتومی امن را از طریق شبکه مخابراتی معمولی در مسافتی طولانی منتقل کردند، دستاوردی که می‌تواند آینده ارتباطات را دگرگون کند. این پژوهش، که توسط تیمی از محققان شرکت توشیبا و همکارانشان در مجله «نیچر» منتشر شده، شبکه‌ای کوانتومی به طول ۲۵۰ کیلومتر را با استفاده از کابل‌های فیبر نوری بین فرانکفورت و شهر کِل در جنوب آلمان ایجاد کرده است. این پروژه نشان داد که زیرساخت‌های مخابراتی موجود می‌توانند برای ارتباطات کوانتومی، که پایه اینترنت کوانتومی آینده است، به کار روند.

در این آزمایش، ذرات نور (فوتون‌ها) به‌عنوان کلیدهای رمزنگاری کوانتومی استفاده شدند. این فوتون‌ها طوری آماده‌سازی شدند که هرگونه رهگیری یا دستکاری، ویژگی‌های کوانتومی آن‌ها را تغییر داده و قابل تشخیص کند، امری که رمزنگاری کوانتومی را عملاً غیرقابل نفوذ می‌سازد.

شبکه از سه مرکز مخابراتی تشکیل شد: فرستنده‌ای در فرانکفورت، فرستنده‌ای در کل، و گیرنده‌ای نزدیک کارلسروهه. برخلاف آزمایش‌های پیشین که به تجهیزات پیچیده و دماهای بسیار پایین وابسته بودند، این پژوهش با بهره‌گیری از زیرساخت‌های موجود، پایداری سیگنال‌های کوانتومی را در مسافت طولانی حفظ کرد و گامی بزرگ در کاربردی‌سازی فناوری کوانتومی برداشت.

اهمیت این نوآوری و چالش‌های پیش‌رو

این شبکه کوانتومی، که به ادعای محققان طولانی‌ترین در نوع خود در جهان است، به دلیل استفاده از فیبرهای نوری موجود و حفظ سیگنال‌ها در 250 کیلومتر، تحولی نوآورانه محسوب می‌شود.

پروفسور ینس آیزرت، فیزیکدان نظری از دانشگاه آزاد برلین، در گفتگو با مجله اشپیگل نرخ انتقال امن بیت‌ها را «قابل‌توجه» خوانده و تأکید کرده است که این دستاورد، ارتباطات کوانتومی را به تجاری‌سازی نزدیک‌تر کرده است. این فناوری می‌تواند در امنیت سایبری، انتقال داده‌های حساس مالی و دولتی، و ارتباطات بین‌المللی کاربردهای گسترده‌ای داشته باشد.

Foto: Bloomberg / Getty Images کابل‌های فیبر نوری در یک مرکز شرکت خدمات تلفنی تلکوم

با این حال، چالش‌هایی باقی است. سیگنال‌های کوانتومی به دلیل حساسیت فوتون‌ها به‌راحتی ویژگی‌های کوانتومی خود را از دست می‌دهند. آزمایش‌های پیشین برای انتقال در مسافت‌های طولانی به لیزرهای خاص یا محیط‌های سرد نیاز داشتند.

اگرچه این پژوهش وابستگی به چنین شرایطی را کاهش داده، افت سیگنال در فواصل طولانی‌تر و مقیاس‌پذیری برای شبکه‌های جهانی همچنان مشکلاتی هستند. تجاری‌سازی کامل نیازمند سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها و بهبود فناوری است.

با این حال این دستاورد، می‌تواند راه را برای ایجاد زیرساخت های لازم برای اینترنت کوانتومی با ارتباطات کاملاً امن فراهم کند. با پیشرفت تحقیقات، فناوری کوانتومی می‌تواند به بخش جدایی‌ناپذیری از ارتباطات آینده تبدیل شود، به‌ویژه در حوزه‌هایی که امنیت داده‌ها حیاتی است. گسترش شبکه‌های کوانتومی در مقیاس جهانی و ادغام با فناوری‌های موجود، از اهداف آتی این حوزه است.