محققان توانسته‌اند انتقال کوانتومی را در فاصله‌ی ۳۰.۲ کیلومتری فیبر نوری که حامل ترافیک کلاسیک ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه است، به نمایش بگذارند. این دستاورد که با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته‌ی حذف نویز حاصل شده، نشان‌دهنده‌ی پتانسیل بالای ادغام شبکه‌های کوانتومی و مرسوم در زیرساخت‌های فیبر نوری است.
انتقال کوانتومی در کنار ترافیک داده‌ها در فیبر نوری: گامی بزرگ
شبکه‌های کوانتومی نویدبخش انقلابی در حوزه‌هایی مانند رمزنگاری، محاسبات و حسگرها هستند. اما یکی از چالش‌های اصلی، ادغام این شبکه‌ها با شبکه‌های مرسوم در فیبرهای نوری مشترک است. این فیبرهای نوری، سیگنال‌های کلاسیک قوی را نیز حمل می‌کنند. برای اولین بار، محققان موفق به انتقال کوانتومی در چنین زیرساختی شده‌اند. این دستاورد، گامی مهم به سوی شبکه‌های کوانتومی گسترده است.
آزمایش: کوانتوم و کلاسیک در کنار هم
این تیم تحقیقاتی، انتقال کوانتومی را در فیبر نوری به طول ۳۰.۲ کیلومتر انجام داد. همزمان با این انتقال، داده‌های کلاسیک با سرعت ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه نیز در باند C منتقل می‌شد. این کار با استفاده از اندازه‌گیری حالت بل (Bell state measurement : BSM) در وسط فیبر انجام گرفت. این روش، امکان انتقال حالت کوانتومی بین دو گره‌ی دور از هم، بدون انتقال مستقیم را فراهم می‌کند. در این آزمایش، از تکنیک‌های پیشرفته‌ای برای کاهش نویز ناشی از پراکندگی رامان خودبه‌خودی (spontaneous Raman scattering : SpRS) استفاده شد. این پراکندگی، مشکلی رایج هنگام ترکیب نور کلاسیک قوی با سیگنال‌های کوانتومی ضعیف است.
راهکارهای اصلی عبارتند از:
- کانال‌های کوانتومی باند O: استفاده از طول موج ۱۲۹۰ نانومتر برای به حداقل رساندن نویز SpRS.
- فیلتر طیفی باریک: اطمینان از رسیدن تنها فوتون‌های مورد نظر به آشکارسازها.
- آشکارسازی همزمان چند فوتونی: افزایش دقت سیگنال با استفاده از همبستگی‌های فوتونی.
این اقدامات باعث حفظ کیفیت کوانتومی، حتی با توان بالای ۱۸.۷ dBm (۷۴ میلی‌وات) برای سیگنال‌های کلاسیک، شد. این توان، برای پشتیبانی از نرخ داده‌های کلی در مقیاس ترابیت کافی است.
پیامدها و کاربردها
این آزمایش نشان می‌دهد که می‌توان عملیات کوانتومی پیشرفته، مانند انتقال کوانتومی، را با ارتباطات مرسوم پرسرعت در فیبر نوری موجود ادغام کرد. این امر می‌تواند موارد زیر را ممکن سازد:
- رله‌ها و تکرارکننده‌های کوانتومی: گسترش دسترسی به شبکه‌های کوانتومی.
- شبکه‌سازی کامپیوترهای کوانتومی: اتصال کامپیوترهای کوانتومی دور از هم.
- سیستم‌های ترکیبی کوانتومی-کلاسیک: استفاده‌ی بهینه از فیبر برای هر دو نوع سیگنال.
این یافته‌ها همچنین راه را برای پژوهش‌های آینده در زمینه جابه‌جایی درهم‌تنیدگی، حافظه‌های کوانتومی و سایر عملیات پیچیده‌ی چند گره‌ای هموار می‌کند و بر انعطاف‌پذیری و قابلیت توسعه‌ی این سیستم‌ها تأکید دارد.
چالش‌ها و مسیر آینده
با وجود این دستاورد مهم، چالش‌هایی برای گسترش این فناوری وجود دارد. برای مثال، شبکه‌سازی کوانتومی باند C معمولاً نویز SpRS بیشتری دارد، اما اتلاف انتقال کمتری نسبت به کانال‌های باند O ارائه می‌دهد. همچنین، ادغام حافظه‌های کوانتومی و رفع نگرانی‌های مربوط به توسعه‌پذیری در فواصل طولانی‌تر، نیازمند نوآوری‌های بیشتر است.
با این حال، این پژوهش گامی بزرگ رو به جلو است. این پژوهش ثابت می‌کند که انتقال کوانتومی می‌تواند در کنار ترافیک کلاسیک در فیبرهای مشترک وجود داشته باشد و با زیرساخت‌های موجود برای ارتباطات مرسوم سازگار است.
نتیجه‌گیری
این تحقیق پیشگامانه، توانایی ادغام فناوری‌های ارتباطی کلاسیک و کوانتومی را نشان می‌دهد و امکانات جدیدی را برای شبکه‌های کوانتومی جهانی فراهم می‌کند. با نشان دادن اینکه انتقال کوانتومی می‌تواند به طور یکپارچه در کنار نرخ داده‌های کلاسیک در مقیاس ترابیت کار کند، این پژوهش زمینه را برای آینده‌ای فراهم می‌کند که در آن شبکه‌سازی کوانتومی به بخش مهمی از دنیای دیجیتال ما تبدیل شود.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: opg.optica.org
