إنجازٌ رائدٌ في إدنبرة: دمج باحثون شبكتين كموميتين، محولين "فوضى" الضوء إلى مورد. وتستثمر بريطانيا العظمى بكثافة في هذه الابتكارات.
لسنوات، قيل لنا إن الإنترنت الكمي هو آفاق المستقبل: شبكة عالمية آمنة وقوية للغاية، لا تعتمد على الإشارات الكهربائية، بل على الروابط الغريبة التي تتشكل بين جزيئات الضوء. حلم جميل، غالبًا ما يكون محصورًا في مختبرات مليئة بمعدات باهظة الثمن وهشة.
لكن الآن، تأتي أخبارٌ تُحوّل مسارَ البحث من "النظري" إلى "التطبيقي". لم يكتفِ فريقٌ من جامعة هيريوت-وات في إدنبرة بإنشاء نموذجٍ أوليٍّ عملي، بل حقّق إنجازًا لم يسبق له مثيل: ربط شبكتين كمّيتين منفصلتين ، ما جعلهما تعملان كنظامٍ واحدٍ لثمانية مستخدمين. وكانت هذه التجربة موضوع مقالٍ في مجلة نيتشر .
الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أنهم لم يستخدموا رقائق متطورة باهظة الثمن، بل أليافًا بصرية تجارية شائعة.
من الفوضى إلى النظام: عبقرية النهج
عادةً، يتطلب بناء الحواسيب أو الشبكات الكمومية معداتٍ مُخصصة باهظة الثمن. لذا، اتخذ الفريق الاسكتلندي نهجًا عمليًا، يكاد يكون "صناعيًا".
ويتمثل جوهر النموذج الأولي في ألياف بصرية متعددة الأوضاع تكلف أقل من 100 جنيه إسترليني.
المشكلة التاريخية مع هذه الألياف هي أن الضوء الذي يمر من خلالها يرتد بطريقة فوضوية (تشتت)، مما يخلق حالة من الفوضى.
-
الفكرة الفائزة: بدلاً من محاربة هذه الفوضى، قام الباحثون بـ "استغلالها".
-
النتيجة: لقد قاموا ببرمجة الألياف لتحويل تلك الفوضى الداخلية إلى جهاز توجيه تشابك قابل لإعادة التكوين .
في الأساس، ابتكروا جهازًا قادرًا على توزيع التشابك (الارتباط الكمي عن بُعد) بين مختلف المستخدمين، مع تغيير تكوينه حسب الرغبة. وكما توضح الدكتورة ناتاليا هيريرا فالنسيا ، المؤلفة الرئيسية للدراسة، فقد حوّلوا "الاضطراب الداخلي إلى دائرة بصرية قوية عالية الأبعاد".
عمليات دوائر ثمانية الأبعاد تُوجِّه تشابك البتات الكمومية بين ثمانية مستخدمين في ثلاثة تكوينات شبكة عالمية مختلفة (ملحقات). تشمل هذه التكوينات روابط تشابك بين أربعة أزواج من المستخدمين المحليين AB وGH (أ)، وأربعة أزواج من المستخدمين العالميين AG وBH (ب)، وأربعة أزواج تتكون من مجموعات من المستخدمين المحليين والعالميين (ج). لكل تكوين شبكة، تُعرض ارتباطات الفوتونين المُقاسة في وحدتي MUB. باستخدام شاهد تشابك مناسب، يُمكننا تأكيد نجاح توجيه التشابك في جميع التكوينات الثلاثة.
لماذا تعتبر هذه الأخبار مهمة (اقتصاديًا أيضًا)
لا يتعلق الأمر بالفيزياء فحسب، بل بالبنية التحتية الاستراتيجية أيضًا. إليكم النقاط الرئيسية التي تجعل هذا الاكتشاف ذا صلة بالمستقبل التكنولوجي والاقتصادي:
-
الربط: حتى الأمس، كان من الممكن إنشاء شبكة واحدة. أما اليوم، فقد ثبت أن الشبكات قادرة على التواصل مع بعضها البعض . إنه الفرق بين وجود شبكة محلية (LAN) في المكتب ووجود الإنترنت: فهو يفتح آفاقًا لا حصر لها من التواصل.
-
النقل الآني المتعدد: نجح النظام في تبادل التشابك بين أربعة مستخدمين متباعدين عبر قناتين في آنٍ واحد. من منظور الاتصالات، يُشبه الأمر الانتقال من طريق أحادي المسار إلى طريق سريع متعدد المسارات.
-
إمكانية التوسع: إذا تمكنا من ربط العديد من المعالجات الصغيرة عبر هذه الشبكة لإنشاء كمبيوتر كمي قوي (بدلاً من بناء كمبيوتر عملاق وغير مستقر)، فإن الطريق إلى التطبيق التجاري سيتم اختصاره بشكل كبير.
فيما يلي مقارنة سريعة بين النهج التقليدي ونهج هيريوت-وات:
| مميزة | النهج التقليدي | نهج هيريوت-وات |
| الأجهزة | رقائق فوتونية باهظة الثمن ومخصصة | الألياف الضوئية التجارية (< 120 يورو) |
| إدارة الضوء | يتطلب رقابة صارمة، يخاف الضوضاء | استخدم "الفوضى" كمورد قابل للبرمجة |
| الاتصال | شبكة محلية معزولة واحدة | شبكتان مترابطتان (التوجيه) |
| طلب | بحث نقي | نحو بنية تحتية قابلة للتطوير |
استراتيجية المملكة المتحدة
لا يمكننا تجاهل السياق السياسي والاقتصادي. لم ينشأ هذا البحث من فراغ، بل هو ثمرة جهود مركز الشبكات الكمومية المتكاملة (IQN ) ، وهو تحالف ممول بمبلغ 22 مليون جنيه إسترليني من الحكومة البريطانية وشركائها الصناعيين.
في حين أننا في أوروبا غالبًا ما نضيع في المناقشات التنظيمية، فإن المملكة المتحدة تتحرك مباشرة نحو الهدف الاستراتيجي: امتلاك شبكة الكم الأكثر تقدمًا في العالم بحلول عام 2035. وهذا مثال كلاسيكي للتدخل الحكومي الهادف إلى خلق ميزة تنافسية تكنولوجية (ما كنا نسميه ذات يوم سياسة صناعية سليمة).
لم يعد نقل التشابك الآني ضربًا من الخيال العلمي، بل أصبح هندسة. ومن يُوحّد هذه الهندسة أولًا سيُملي قواعد الأمن السيبراني والحوسبة الموزعة لعقود قادمة.
الأسئلة والأجوبة
ما هو بالضبط "الانتقال التشابكي"؟
نحن لا نتحدث عن نقل الأجسام المادية على غرار ما يحدث في مسلسل ستار تريك. بل يتضمن هذا نقل الحالة الكمومية لجسيم إلى جسيم آخر بعيد، لحظيًا، بفضل ظاهرة التشابك. في هذه التجربة، تُنقل المعلومات (الحالة الكمومية) من عقدة في الشبكة إلى أخرى دون أن يجتاز الجسيم القناة فعليًا وقت النقل. وهذا هو أساس الاتصالات غير القابلة للاختراق إطلاقًا.
لماذا يعد استخدام الألياف الرخيصة أمراً ثورياً؟
التكلفة والتعقيد هما العائقان الرئيسيان أمام تكنولوجيا الكم.4 يصعب إنتاج الرقائق الفوتونية المتكاملة وتوسيع نطاقها. استخدام الألياف الضوئية التجارية، واستغلال سلوكها الطبيعي (تشتت الضوء) لتوجيه الإشارات، من شأنه أن يقلل تكاليف البدء ويُبسّط التكامل مع البنية التحتية الحالية للاتصالات (الألياف التي تمتد تحت شوارعنا).
ما هي استخدامات الشبكة الكمومية في الواقع؟
إلى جانب أمن التشفير (الذي يستحيل اختراقه دون تغيير الرسالة)، فإن "التطبيق الأبرز" هو الحوسبة الموزعة. أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية صغيرة وغير مستقرة.5 ومن خلال ربط العديد من معالجات الكم الصغيرة عبر شبكة كهذه، يمكن إنشاء "حاسوب كمومي فائق موزع"، قادر على إجراء حسابات يستحيل إجراؤها حاليًا لاكتشاف الأدوية والمواد الجديدة والنماذج المالية المعقدة.
المقال "إنترنت الكم: القفزة إلى الأمام تأتي من الألياف الضوئية "التافهة" بقيمة 120 يورو" يأتي من Scenari Economici .