وفقا لباحثين ألمان من
جمعية ماكس بلانك ، سيتم تنفيذ الشبكة الكمية العالمية في السنوات القليلة المقبلة. سنخبرك ما هي الصعوبات الموجودة.
/ Flickr / mike seyfang / ccما هي شبكات الكم؟
الشبكة الكمومية هي نظام نقل بيانات يعمل وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم. في مثل هذه الشبكات ، يتم تبادل البيانات باستخدام الكيوبت. وهي فوتونات مستقطبة تنتقل عبر قناة اتصال بصرية. من أجل نشر شبكات كمية عالمية تغطي الكوكب بأكمله ، مثل الإنترنت ، يجب على المطورين والباحثين حل عدد من الصعوبات. على سبيل المثال ، هناك صعوبة معينة في نقل الفوتونات لمسافات طويلة بسبب "هشاشتها". سنتحدث أكثر عن هذه المشكلة وغيرها في وقت لاحق ، ولكن أولاً ، لنتحدث عن سبب إنشاء شبكات الكم على الإطلاق.
كيف يمكن أن تكون مفيدة
تربط ظاهرة التشابك الكمي جزيئات الكم بطريقة تجعلنا نتعرف تلقائيًا على خصائص الثانية عند قياس خصائص أحدها. علاوة على ذلك ، يستمر هذا الاتصال حتى على مسافات كبيرة.
إذا قمت بإنشاء اتصال بين نقطتين ، يمكنك إنشاء تسلسلات من الأرقام العشوائية في نهايتيها. في التشفير ، يتم استخدام هذه الميزة لإنشاء مفاتيح التشفير.
ميزة أخرى للشبكات الكمومية هي عدم القدرة على قراءة الفوتونات الإذاعية مرتين. تحظر قوانين ميكانيكا الكم "استنساخ" حالة جزيئات الضوء. عند
اعتراض كيوبت ، فإنه يغير قيمته. اتضح أنه عند محاولة "التنصت" على قناة نقل البيانات ، لن يتمكن المهاجمون من استخراج أي معلومات قيمة. عند الإخراج ، يحصلون على مجموعة عشوائية من الأرقام.
وبالتالي ، فإن الشبكات الكمومية تكاد تكون حماية تشفير مطلقة. شبه مطلق ، حيث أثبت علماء من السويد أنه
لا يزال من الممكن "التنصت" على مثل هذه الشبكة. للقيام بذلك ، محاكاة التشفير الكمومي. تتجاهل كاشفات الفوتون جزيئات الضوء غير المستقطبة التي تسمى الأصفار. إذا قمت بمحاكاة هذه الأصفار في وقت معين وأرسلتها إلى جهاز الاستقبال ، فسوف ينظر في كمية الإشارة (على الرغم من أن الأمر ليس كذلك).
يمكنك حل المشكلة ، ولكن عليك تغيير مبادئ أجهزة الاستقبال. أحد الخيارات هو إضافة مؤشر لقوة الإشارة (لأنه سيتغير مع التدخل الخارجي). لكن هذا سيزيد من تكلفة مسح الشبكات الكمومية.
لماذا هو صعب
إن "هشاشة" الكيوبت ، التي تجعل الاتصال الكمي موثوقًا به ، يُدخل أيضًا عيوبًا. تغير الفوتونات المفردة حالاتها أو يتم امتصاصها ببساطة بواسطة الوسط بسبب التداخل. لهذا السبب ، قد يكون من الصعب
إرسال كمية عبر كبل ألياف بصرية على مسافة تزيد عن 100 كم.
/ Flickr / Alexandre Delbos / CCالآن يتم بناء شبكات الألياف الكمومية باستخدام أجهزة إعادة الإرسال. ويقومون بفك تشفير المعلومات وترميزها مرة أخرى وإرسالها إلى العقد الأخرى في السلسلة. ومع ذلك ، وبهذه الطريقة ، يكتشف الوسطاء أيضًا محتوى الرسالة ، مما قد يؤدي إلى حدوث تسرب إذا تعرض أحدهم للخطر. هناك مشكلة في التكلفة - مثل أجهزة التكرار هذه تستخدم
مغناطيسًا باهظًا والمعادن النادرة .
من المهم مراعاة البيئة التي سيتم فيها نشر هذه الشبكات. هناك فرق كبير بين المختبر وظروف "القتال". تتأثر كابلات الألياف الضوئية في المدينة بتغيرات درجة الحرارة. هذا يمكن أن يؤدي إلى تحولات الطور من الفوتون ويسبب أخطاء في نقل البيانات.
لحل مشكلة الإرسال عبر مسافات طويلة سيسمح بالنقل الكمي. يمكن للباحثين بشكل اختياري إدخال كيوبتين في حالة التشابك الكمي.
يشارك في هذا المشروع مشروع من جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا. يبني الباحثون شبكة كم عشرة كيلومترات بين مدينة دلفت ولاهاي.
مثل هذه التقنيات لا تزال في المراحل الأولى من التطوير. والحقيقة هي أن الحفاظ على "الترابط" لفترة طويلة أمر صعب بسبب التأثير المدمر (يسمى
decoherence ) الذي
تمارسه البيئة على الكم. من الممكن الحفاظ على حالة التشابك الكمي لجزء من الثانية.
أين يمكنني استخدام شبكات الكم
كما قلنا ، الشبكات الكمومية شديدة المقاومة للتنصت. لذلك ، تسمح لك ببناء أنظمة توزيع مفاتيح تشفير موثوقة. هذه التقنيات موجودة بالفعل. على سبيل المثال ، في بداية العام ،
أطلقت الصين
نظامًا لتوزيع مفاتيح التشفير يتم من خلاله إرسال البيانات عبر الأقمار الصناعية وعوارض الليزر. تم
اقتراح نظام مماثل من
قبل الباحثين الألمان.
أيضا ،
يجب على الشبكات الكمومية دمج أجهزة الكمبيوتر الكمومية في الشبكات. من المتوقع أن تعمل مجموعات آلات الكم على تسريع المحاكاة الفيزيائية والكيميائية ، على سبيل المثال ، عند تطوير أدوية جديدة.
هناك أيضًا حالات خارج العلم ، مثل التصويت. تم تنفيذ هذا المشروع في سويسرا - قبل بضع سنوات ،
ساعدت CERN
في تنظيم شبكة كمومية للانتخابات. وفقًا لخبراء من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، بالإضافة إلى الموثوقية ، تتيح الشبكات الكمية تنفيذ خطط تصويت استراتيجي جديدة غير متوفرة اليوم. على سبيل المثال ، سيتمكن الأشخاص من اختيار ليس مرشحًا واحدًا ، ولكن اثنين في آن واحد (الخيار الثاني).
ينطوي تطوير الشبكات الكمومية على العديد من المؤسسات والمنظمات. لذلك ، ظهرت المزيد والمزيد من هذه المشاريع في الآونة الأخيرة. سوف نتحدث عن التطورات الأجنبية والروسية في هذا المجال في موادنا التالية عن حبري.
ملاحظة ماذا نكتب على مدونة VAS Experts:
PPS بعض المقالات الجديدة من مدونتنا على حبري: