دانشمندان چینی نخستین شبکه ماهواره ای کوانتومی جهان را ساختند

ماهواره کوانتومی چین موسوم به QUESS به نخستین نتیجه موفقیت آمیز خود در برپایی شبکه کوانتومی و انتقال سیگنال های غیر قابل هک دست یافت. در مقاله ای که امروز در ژورنال علمی Science منتشر شده، محققین آکادمی علوم چین اعلام کردند ماهواره آنها با موفقیت توانسته فوتون های درهم تنیده (entangled) را بین سه ایستگاه که در فاصله بیش از 1200 کیلومتری یکدیگر روی زمین قرار داشتند، انتقال دهد.

این موفقیت، طولانی ترین مورد انتقال فوتون در هم تنیده تا به امروز، و نخستین مورد بین زمین و فضا محسوب می شود. محققین می گویند دستاورد آنها «راه تازه ای را پیش روی مخابرات کوانتومی کاربردی و آزمایشات نورشناسی کوانتومی بنیادین باز می کند که اجرای آنها روی زمین ممکن نیست.»

این ماهواره که حدود 10 ماه قبل یعنی آگوست 2016 به فضا پرتاب شد، از یک کریستال برای تولید یک جفت فوتون در هم تنیده در فضا استفاده می کند [در هم تنیدگی کوانتومی چیست؟]. سپس این فوتون ها با انتقال مسافت حدود 2400 کیلومتر در فضا، به ایستگاه مبدأ در چین منتقل شدند.

در حالت تئوری، فوتون های در هم تنیده می توانند در هر فاصله ای وضعیت خود را حفظ کنند، اما در عمل انتقال جفت فوتون ها بدون از بین رفتن در هم تنیدگی بسیار دشوار است. در واقع در بهترین فیبرهای نوری کنونی، فوتون های در هم تنیده با طی مسافت بیش از 240 کیلومتر از یکدیگر جدا می شوند، اما اگر بتوان بر این مشکل غلبه کرد و این ویژگی را حفظ نمود، به یک کانال ارتباطی دست می یابیم که به هیچ وجه قابل دستکاری و نفوذ نخواهد بود.

مهم ترین کاربرد این تکنیک، در حوزه «رمزنگاری کوانتومی» و توزیع کلید کوانتومی در شبکه هاست که به متخصصین امنیت اجازه می دهد کلیدهای رمزنگاری پیچیده و طولانی را به صورت کاملاً ایمن در شبکه انتقال دهند. هرگونه دستکاری در این اطلاعات به راحتی قابل تشخیص خواهد بود، چون مشاهده فوتون ها بدون تغییر دادن آنها ناممکن است.

در حال حاضر، شبکه های کوانتومی یکی از نویدبخش ترین فناوری ها در حوزه شبکه های فیبری زمینی به شمار می روند و ابزارهای مسیریاب ویژه می توانند به نحوی تکنیک های فوق را روی زیرساخت های کابلی فیبر نوری به اجرا درآورند. نخستین شبکه از این دست در سال 2003 بین دانشگاه هاروارد، دانشگاه بوستون و یک آزمایشگاه خصوصی برپا شد و طی سال های پس از آن، شرکت های دیگری نیز به این رویکرد جاه طلبانه روی آوردند.

شرکت سوئیسی ID Quantique در سال 2014 طرح پایه یک شبکه کوانتومی را معرفی کرد که می تواند بزرگ ترین مراکز داده در قاره آمریکای شمالی را به یکدیگر متصل سازد؛ در چین هم یک تیم مستقل روی پروژه لینک کوانتومی 2000 کیلومتری بین پکن و شانگهای کار می کنند که با تکیه بر فیبر، می تواند لینک ماهواره ای را به فواصل دورتر انتقال دهد. با این حال، ماهیت فیبرهای فیزیکی باعث می شود تا مسافت قابل پیمایش توسط یک فوتون محدود باشد.

به گفته شرکت ID Quantique یک لینک ماهواره ای مطمئن و پایدار، می تواند تمامی شبکه های فیبری کنونی را در قالب یک شبکه کوانتومی جهانی به صورت یکپارچه درآورد. حال دستاورد چینی ها نشان می دهد که ایده برپایی شبکه مخابرات کوانتومی از فضا کاملاً شدنی است، و می توان شبکه های توزیع کلید امنیتی محلی در زمین را از طریق لینک ماهواره ای با یکدیگر مرتبط ساخت.

گفتنیست چین تنها کشوری نیست که قصد دارد شبکه های کوانتومی را به فضا ببرد. دانشگاه استرثکلاید اسکاتلند در همکاری با دانشگاه ملی سنگاپور می خواهند همین تکنیک در هم تنیدگی را با استفاده از ماهواره های ارزان قیمت Cubesat پیاده سازی کنند. همچنین یک تیم از کانادا نیز به روشی برای تولید فوتون های در هم تنیده روی زمین، قبل از ارسال به فضا دست یافته است.