ساخت شبکه کوانتومی غیرقابل هک ۶۰۰ کیلومتری با فیبر نوری

محققان توشیبا موفق شدند شبکه کوانتومی از فیبر نوری به طول ۶۰۰ کیلومتر را بسازند که امکان جابه‌جایی ایمن و غیر قابل هک داده‌های کوانتومی در مقیاس عظیم و مسافت‌های زیاد را فراهم می‌کند. این فناوری می‌تواند انتقال ایمن داده میان شهرها و حتی کشورها را در آینده تحت تاثیر قرار دهد.

پژوهشگران بخش تحقیق و توسعه توشیبا در شهر کمبریج انگلستان نشان داده‌اند که چگونه می‌توان بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها را در مسیری چند صد کیلومتری متشکل از فیبرهای نوری بدون از دست رفتن اطلاعات شکننده جابه‌جا کرد. فناوری مورد استفاده می‌تواند نوسانات محیطی متداول در فیبرهای نوری را پایدار کند و از آسیب به ذره‌های حساس کوانتومی حاوی اطلاعات جلوگیری به عمل آورد. نتیجه تحقیق مذکور می‌تواند در توسعه شبکه کوانتومی در ابعاد وسیع و نسل بعدی اینترنت بسیار اهمیت داشته باشد. 

اینترنت کوانتومی از شبکه عظیمی از دستگاه‌های کوانتومی متصل به یکدیگر تشکیل خواهد شد که می‌تواند امکاناتی بسیار فراتر از وب امروزی را فراهم کند. ایجاد اتصالات پایدار و غیرقابل هک یکی از فواید آن خواهد بود. همچنین ساخت خوشه‌ای از دستگاه‌های متصل با یک‌دیگر با قدرت پردازشی بسیار فراتر از رایانه‌های کلاسیک از مهم‌ترین مزیت‌های نسل بعدی اینترنت به شمار می‌رود. 

اما دستگاه‌های کوانتومی برای ارتباط با یکدیگر نیازمند تبادل کیوبیت‌ها هستند که بسیار حساس و شکننده خواهند بود. یافتن روشی برای انتقال اطلاعات بدون آسیب رساندن به کیوبیت‌ها، بسیاری از دانشمندان را برای سال‌های طولانی جلب خود کرده است. استفاده از فیبرهای نوری برای جابه‌جایی کیوبیت‌ها در گذشته مورد آزمایش قرار گرفته بود و نرخ موفقیت چشمگیری نیز در نتایج بدست آمد. اما مشکل اصلی عدم امکان استفاده از فیبر نوری برای فواصل طولانی بود، زیرا با تغییر شرایط محیط اطراف فیبر مانند دما، دچار تغییر حجم می‌شدند و احتمال از دست رفتن داده‌ها را افزایش می‌دادند.

در آزمایش اخیر توسط محققان توشیبا از روش جدیدی به نام پایداری دو کاناله برای رفع مشکلات مرتبط با تغییر شرایط محیطی اطراف فیبرهای نوری استفاده شده است. در این روش دو سیگنال با طول موج‌های متفاوت به درون فیبر ارسال می شوند. سیگنال اول برای رفع متغیرهای محیطی و شناسایی آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد و سیگنال دوم با طول موج مشابه با کیوبیت‌ها برای یکسان‌سازی بهتر شرایط ارسال می‌شود. به زبان ساده، استفاده از دو سیگنال با طول‌ موج‌های متفاوت می‌تواند تداخلات محیطی ناشی از خود فیبر را از بین ببرد. 

توشیبا از نتیجه پژوهش اخیر برای ساخت رمزنگاری کوانتومی و ایجاد شبکه‌های ارتباطی غیرقابل هک استفاده کرده است. در چنین شبکه‌هایی کاربران می‌توانند در امنیت کامل اطلاعات محرمانه را تبادل کنند که می‌تواند در کسب‌وکارهایی مانند بانک‌ها یا بیمارستان‌ها بسیار مفید باشد. رمزنگاری کوانتومی به جای استفاده از پیچیدگی‌های ریاضیاتی از محدودیت‌های فیزیکی برای دفاع در مقابل حملات استفاده می‌کند و رایانه‌های معمولی به هیچ وجه قادر به شکستن رمزها نخواهند بود.