“`html

“`

“أظهر عملنا مسارًا نحو شبكات كميّة وكلاسيكيّة من الجيل القادم تشارك بنية تحتية موحّدة للألياف الضوئيّة. في الأساس، يُفتح هذا الباب أمام دفع الاتصالات الكمّيّة إلى المستوى التالي.”

الاتصالات الضوئيّة، أي أي طريقة اتصال تحوّل الإشارات إلى ضوء لنقل المعلومات، هي جوهر معظم أنظمة الاتصالات (الألياف الضوئيّة نوع من الاتصالات الضوئيّة).

وقد نُشرت هذه الأبحاث الجديدة في مجلة *Optica*، وتُقترح أن هذا الاختراق يمكن أن يُحدث هذه الاتصالات شديدة الأمان وبالقرب من اللحظية – محدودة فقط بسرعة الضوء.

‘مثل دراجة هوائية على طريق سريع مزدحم’

إذن كيف يعمل ذلك؟ يعتمد النقل الكمّي على ظاهرة تُعرف بالتشابك الكمّي، حيث تُربَط جُسيمتان بغض النظر عن المسافة بينهما، ولا تحتاجان إلى السفر جسديًا لتبادل المعلومات.

بينما تتكون الاتصالات الكلاسيكية من ملايين من الجسيمات الضوئية الضوئية، فإن الاتصالات الكمومية تستخدم فقط أزواجًا من الفوتونات المفردة (جسيمات الضوء). من قبل، كان الباحثون يعتقدون أن هذه الفوتونات الفردية لن تتمكن من اجتياز طريق النقل المزدحم للاتصالات الكلاسيكية – مثل دراجة هوائية هشة تحاول المناورة بين شاحنات ضخمة في نفق تحت الأرض.

لكن فريق جامعة نورث وسترن، الذي تم تمويله من قبل وزارة الطاقة الأمريكية، وجد طريقةً لتوجيه الفوتونات الحساسة عبر النفق. أولاً، درسوا كيفية تشتت الضوء داخل الكابلات الليفية البصرية. يتكون الضوء من موجات طولية مختلفة، وحدد الفريق طول موجي محدد يواجه فيه أقل قدر من التداخل من الإشارات الأخرى، مما يسهل مرور الفوتونات. وضعوا الفوتون على هذا الطول الموجي، وأضافوا أيضًا مرشحات خاصة لتقليل الضوضاء من حركة الإنترنت العادية.

للتحقق من ذلك، قاموا بإنشاء كابل ألياف بصرية طويل 30 كم (18.6 ميل) مع فوتون في كل طرف، ثم أرسلوا من خلاله حركة مرور إنترنت عادية ومعلومات كمومية.

فاجأهم النجاح التجربة: على الرغم من حركة مرور الإنترنت المزدحمة التي كانت تسير في نفس الوقت، إلا أن جودة المعلومات الكمومية في الطرف المُستقبل كانت جيدة.

إنجازٌ هائل

قال البروفيسور جيم آل خليل، الذي لم يكن مشاركًا في الدراسة، لـ مجلة “بي بي سي ساينس فوكس”: “مع تعيين الأمم المتحدة لعام 2025 كعام دولي لتكنولوجيا الكم، فإن هذه الأبحاث تأتي في وقتٍ بالغ الأهمية.” البروفيسور جيم آل خليل

لقد تمّ إثبات نقل الكم قبل ذلك، ولكن فقط تحت ظروف معملية مُحكمة للغاية. تكمن المشكلة في أن الجسيمات الكمومية المتشابكة المستخدمة لنقل المعلومات بسرعة تصبح متشابكة مع كل شيء آخر على طول مسارها.

«إنّ تكنولوجيا الاتصالات (وبالفعل الإنترنت) كلّها تعتمد على نقل الضوء (الفوتونات) عبر الألياف الضوئية. وهذا العمل يُمثّل أول إثبات لنقل الترابط الكميّ للفوتونات عبر ألياف ضوئية مُزدحمة تحمل حركة اتصالات تقليدية.»

ولكن لماذا من المهمّ جدّاً أن يعمل هذا النقل عبر الشبكات التقليدية؟ بالتأكيد، جوهر النقل هو عدم الحاجة إلى الكابلات. صحيح – لكنّ هذا الإنجاز يُلغي الحاجة إلى بنية تحتية جديدة، مما يقرب استخدامه من حياتنا اليومية بشكل كبير.

«لقد افترض الكثيرون لفترة طويلة أنّه لن يُبنى أحد بنية تحتية مُخصصة لإرسال جسيمات الضوء»، قال كومار. «إذا اخترنا الأطوال الموجية بشكل صحيح، فلن نضطر لبناء بنية تحتية جديدة. يمكن للاتصالات الكلاسيكية والاتصالات الكمية أن تتعايشا.»

أضاف الخليلي: “إمكانية استخدام النقل الكمومي في بنيتنا الحالية من شبكات الألياف الضوئية سيكون اختراقًا كبيرًا في تحقيق الشبكات الكمومية. سيكون له تطبيقات عديدة، من تشفير الكم وقياس الكم إلى الحوسبة الكمومية، وربما حتى إنترنت كمومي جديد.”

بعد ذلك، يخطط كومار لاختبار النقل الكمومي على مسافات أطول، فضلاً عن تجربة زوجين من الفوتونات المتشابكة بدلاً من واحد. سيحقق هذا إنجازًا آخر في النقل الكمومي: تبادل التشابك – عندما تصبح جسيمات لم تتفاعل من قبل متشابكة – وهو أمر مهم لتحسين جودة وأمن النقل.

بعد ذلك، سيختبر الفريق كل شيء في كابلات أرضية حقيقية – الخطوة الأخيرة قبل أن يتم دمجها بالكامل في شبكات اتصالاتنا.

نبذة عن خبيرنا

جيم آل خليلي CBE FRS هو فيزيائي نظري، وأستاذ متميز متقاعد في الفيزياء بجامعة ساري. كما أنه يُقدّم برنامج “رحلة الحياة العلمية” على إذاعة بي بي سي راديو 4، وكتب العديد من الكتب، بما في ذلك “فرحة العلم” و “العالم حسب الفيزياء” و “غروب الشمس”.

اقرأ المزيد:

المصدر: المصدر