کامپیوترهای کوانتومی هنوز یک رویا هستند اما محققان یک گام دیگر به ارتباط کوانتومی نزدیک شدند. محققان پاریسی موفق شدند برای اولین بار نشان بدهند ارتباطات کوانتومی از سایر روش‌های کلاسیک انتقال اطلاعات برتر و سریعتر است.
النی دیامانتی، مهندس الکتریک از دانشگاه سوربن و نویسنده و یکی از اعضای تیم تحقیقاتی درباره اهمیت این آزمایش می‌گوید: «ما اولین گروهی هستیم که برتری روش کوانتومی در انتقال اطلاعات را نشان داده‌ایم. در این آزمایش دو طرف باید برای انجام فرایند انتقال با هم همکاری کنند.»
ماشین‌های کوانتومی – که از ویژگی‌های کوانتومی ماده برای رمزگذاری اطلاعات استفاده می‌کنند – می‌توانند شروع تحول کامپیوترهای امروزی باشند. اما روند رسیدن به این نقطه تحول بسیار کند است. در حالیکه مهندسان در تلاش برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی ابتدایی هستند، دانشمندان پردازش کوانتومی با موانع بسیار جدی روبرو هستند: آنها هنوز نتوانسته‌اند ثابت کنند کامپیوترهای امروزی قادر به انجام وظایف کامپیوترهای کوانتومی نیستند. همین تابستان گذشته بود که یک نوجوان اهل تگزاس ثابت کرد کامپیوترهای کلاسیک هم می‌توانند مسئله‌ای که گمان می‌شد فقط کامپیوترهای کوانتومی قادر به حل آن هستند را با سرعت قابل قبولی حل کند.
وقتی از حوزه پردازش کوانتومی به ارتباط کوانتومی بیاییم، تایید مزایای این روش ساده‌تر می‌شود. بیش از یک دهه پیش مهندسان کامپیوتر ثابت کردند – به صورت نظری – ارتباط کوانتومی از چند جهت بر روش‌های قدیمی ارسال پیام برتری دارد.
یوردانیس کرندیس یکی دیگر از اعضای گروه تحقیقاتی است که پیش از این هم آزمایش‌های زیادی روی ارتباطات کوانتومی انجام داده است. در سال ۲۰۰۴ کرندیس و دو دانشمند کامپیوتر دیگر سناریویی را طراحی کردند که در آن یک نفر باید اطلاعاتی را برای کسی می‌فرستاد تا او بتواند به یک سوا خاص پاسخ بدهد. این محققان موفق شدند ثابت کنند روش کوانتومی می‌تواند با انتقال اطلاعات نمایی کمتر نسبت به روش‌های قدیمی اینکار را انجام بدهد. اما روش کوانتومی که آنها طراحی کردند کاملا نظری بود و نسبت به فناوری آن سال خیلی پیشرفته بود.
این تحقیق جدید هم یک سناریوی مشابه دارد. اینبار سوال مورد نظر آزمایش دو کاربر دارد: آلیس و باب. آلیس تعداد توپ شماره‌دار دارد که هر کدام از آنها به صورت تصادفی با رنگ‌های آبی و قرمز رنگ شده‌اند. باب می‌خواهد بداند یک جفت توپ که به صورت تصادفی انتخاب شده‌اند، همرنگ هستند یا رنگشان با هم فرق دارد. آلیس می‌خواهد کمترین اطلاعات ممکن را برای باب بفرستد و در عین حال مطمئن باشد باب می‌تواند پرسش را پاسخ بدهد.
این مسئله در ظاهر یک داستان به نظر می‌رسد اما در حوزه رمزنگاری و ارزهای دیجیتال کاربرد دارد؛ جایی که کاربرها می‌خواهند بدون افشا کردن همه آن چیزی که می‌دانند و در اختیار دارند، اطلاعات مورد نظرشان را منتقل کنند. ضمن اینکه یک مثال ایده‌آل برای نمایش برتریهای ارتباط کوانتومی است. وقتی می‌خواهید برتری ارتباط کوانتومی را نشان بدهید، نمی‌توانید کاربردهای ساده مثل انتقال یک فیلم را در نظر بگیرید بلکه به کاربردها و مشکلات بسیار ظریف‌تر نیاز خواهید داشت.
اگر بخواهیم این مسئله را به روش کلاسیک حل کنیم، آلیس باید مقدار اطلاعات متناسب با ریشه دوم تعداد توپ‌ها را برای باب بفرستد. اما ماهیت غیرمعمول اطلاعات کوانتومی، راهکار کارآمدتری را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد.
در تنظیمات آزمایشگاهی جدید، آلیس و باب از طریق پالس‌های لیزر با هم ارتباط برقرار می‌کنند. هر پالس نشانگر یکی از توپ‌هاست. پالس‌ها از یک اسپلیتر پرتو عبور داده می‌شوند تا نیمی از پالس به سمت آلیس و نیم دیگر به سمت باب ارسال بشود. وقتی پالس‌ها از کنار آلیس عبور می‌کنند، او می‌تواند فاز پالس‌های لیزر را تغییر بدهد تا اطلاعات مربوط به هر توپ را رمزگذاری کند و به این ترتیب مشخص کند کدام توپ قرمز و کدامیک آبی است.
در همین حین باب اطلاعات مربوط به جفت توپ‌هایی که برایش اهمیت دارند را از طریق نیمه پالس خودش رمزگذاری می‌کند. سپس پالس‌ها در یک اسپلیتر پرتوی دیگر همگرا می‌شوند تا با یکدیگر تداخل پیدا کنند. نحوه تداخل پالس‌ها با یکدیگر نشان دهنده تفاوت تغییر فاز هر کدام از آنهاست. باب هم می‌تواند الگوی تداخل را در آشکارسازهای فوتون مشاهده کند.
تا زمانی که باب پیام لیزری آلیس را بخواند، پیام کوانتومی آلیس قادر به پاسخگویی تمام سوالات ممکن درباره همه جفتهاست. اما خواندن پیام توسط باب این قابلیت را از بین می‌برد و تنها اطلاعات مربوط به یک جفت از توپ‌ها قابل استفاده باقی می‌ماند.
این ویژگی اطلاعات کوانتومی – که امکان تفسیر و خوانده شدن در اشکال مختلف را دارد و در نهایت یکی از آنها انتخاب می‌شود – مقدار اطلاعات انتقالی مورد نیاز برای حل چنین مسئله‌ای را به شدت کاهش می‌دهد. اگر آلیس در روش ارتباط کلاسیک باید ۱۰۰ بیت اطلاعات برای باب می‌فرستاد، در روش ارتباط کوانتومی فقط ۱۰ کوبیت ارسال خواهد کرد.
این آزمایش اثبات مفهوم به خوبی مزیت‌های ساخت یک شبکه ارتباطی کوانتومی را نشان می‌دهد. وقتی دقیقا بدانید در روش کلاسیک چه مقدار اطلاعات منتقل می‌شود، کارایی ارتباط کوانتومی به صورت آماری و عینی تایید می‌شود.
دیدگاهتان را بنویسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.