إنجاز تاريخي.. تحقق “النقل الآني” لمعلومات كمية عبر الإنترنت لأول مرة
يعتبر نقل المعلومات الكمية مسعى معقد نظراً لحساسيتها. حيث تخيل كيف يتم إرسال طرد حساس مثل “كرة زجاجية”، إذ يمكن أن يتحطم عند تعرضه لأي اصطدام. المعلومات الكمية تتشابه، حيث أن أي تداخل أو ضوضاء يمكن أن يؤثر عليها سلباً. لكن researchers من جامعة نورث وسترن تمكنوا من الحصول على إنجاز غير مسبوق من خلال تحقيق “نقل كمي آني” لمسافة تزيد عن 30 كيلومتراً عبر كابلات الألياف الضوئية التقليدية، كاشفين عن ذلك في دورية “أوبتيكا”.
المعلومات الكمية، بحسب رئيس المركز المصري للفيزياء النظرية الدكتور عبد الناصر توفيق، تمثل نوعاً جديداً من المعلومات يختلف عن التقاليد اليومية. المعلومات التقليدية تعتمد على البتات، التي تأخذ القيمة 0 أو 1، بينما المعلومات الكمية تعتمد على مفهوم “البت الكمي” أو “الكيوبت”، الذي يمكن أن يكون في حالة 0 أو 1، أو في حالة بينهما في نفس الوقت، وهو ما يُعرف بالتراكب الكمي.
لتبسيط الأمر، تخيل أنك تلعب برمي قطعة نقدية: في المعلومات التقليدية تظهر النتيجة إما وجه (0) أو ظهر (1). على الجانب الآخر، في المعلومات الكمية يمكن أن يُحافظ على حالة “وجه وظهر في الوقت نفسه” حتى يتم قياسها، مما يؤدي إلى ان تظهر بشكل محدد بعد القياس.
تحدي نقل المعلومات الكمية
يعتمد النجاح في نقل هذه المعلومات على قدرة الباحثين على تجاوز حساسية المعلومات الكمية للضوضاء. توضّح توفيق أن “تداخل الجسيمات الكمية يؤثر على بعضها البعض، وأي تغيير في حالة واحدة يُحدث تأثيرا على الأخرى”. كما أن زيادة المسافة تتطلب تحكمًا أكبر لتفادي الفقدان.
تاريخيًا، كانت هناك محاولات لنقل المعلومات الكمية عبر كابلات خاصة، لكن هذه الكابلات كانت عالية التكلفة وغير فعالة على المسافات الطويلة. عالج الباحثون في جامعة نورث وسترن هذا الأمر من خلال تحقيق النقل عبر الكابلات التقليدية، مما يوفر الكثير من التكلفة والجهد.
المزايا تكمن في أنه لم يُحتج لتعديلات على البنية التحتية الحالية، مما يعني تحقيق الاستفادة الكاملة من إمكانيات النقل الكمي بتكاليف قليلة.
تقليل مخاطر التشتت
تتصاعد أهمية البحث في هذا المجال، حيث أن الفوز بإجراء نقل آمن وآني يقربنا خطوة من استخدام المعلومات الكمية بطريقة فعالة وسلسة، محدثاً تحولًا جذري في مجال الحوسبة والشبكات والكثير من التطبيقات المستقبلية.
إنجاز في النقل الكمي للمعلومات عبر الإنترنت
لحماية الفوتونات التي تحمل معلومات كمية قيمة من تدفق الإنترنت بسرعة 400 غيغابت في الثانية، استخدم فريق من الباحثين تقنيات متنوعة تهدف إلى تقليل مخاطر تشتت الفوتونات. تُعد ظاهرة التشتت مشكلة تحدث عندما تتعرض الموجات الضوئية، مثل الفوتونات، لتغييرات غير مرغوب فيها أثناء مرورها في الألياف البصرية.
تحدي التشتت الموجي
درس الفريق كيف يتشتت الضوء داخل الألياف وقام بتعديل ظروف النقل بعناية للحد من هذا التشتت. لقد نجحوا في وضع الفوتونات في “نقطة دقيقة” عبر الألياف البصرية، مما يعني أنهم اختاروا موقعًا محددًا بعناية لتقليل التداخل والتشتت إلى الحد الأدنى.
النقل الآني الكمي
اذ يتيح النقل الآني الكمي وسيلة فائقة السرعة وآمنة لمشاركة المعلومات، محققًا ذلك من خلال التشابك الكمي. هذا يجعل جسيمين مرتبطين يؤثران على وضع أحدهما على الآخر بشكل فوري، بغض النظر عن المسافة. ومن خلال دمج التشابك الكمي مع الاتصالات التقليدية، تمكن الهندسيون من إعادة بناء الحالة الكمومية لجسيم بعيد، مما يسهل نقل المعلومات بشكل فعال.
خطوة نحو الشبكات الكمية
أوضح بريم كومار، المهندس الحاسوبي في جامعة نورث وسترن وقائد الدراسة، في بيان صحفي رسمي، أن النتائج التي تم الوصول إليها تُظهر مسارًا نحو تطوير شبكات كمية متقدمة تتشارك في بنية تحتية موحدة للألياف الضوئية. وأكد أن “نقل الحالة الكمية عبر مسافات طويلة يثبت أن الشبكات الكمية ليست مجرد خيال علمي، بل حقيقة ملموسة”.
تطبيقات المستقبل
يمثل النجاح في النقل الكمي لمسافات طويلة طفرة علمية، إذ يسمح بتصور شبكات اتصالات كمية تمتد على مسافات طويلة وتوفر أمانًا غير مسبوق. الدكتور توفيق أشار إلى أن هذا الإنجاز ينطوي على تطبيقات متعددة، أبرزها “الحوسبة الكمية” التي تعالج البيانات بسرعة فائقة، مما يسهم في حل مشكلات معقدة تفوق قدرة الحواسيب التقليدية.
كما يمكن للحواسيب الكمية أن تساهم في تسريع تطوير الأدوية من خلال محاكاة التفاعلات الجزيئية بدقة، ورفع كفاءة توقعات الطقس عبر تحليل المتغيرات بسرعة.
الأمن السيبراني والاتصالات الآمنة
بالإضافة إلى ذلك، يفتح النقل الكمي للمعلومات آفاقًا لتطبيقات الأمن السيبراني عبر التشفير الكمي. تمكن هذه التقنية من إرسال البيانات بطرق تجعل أي محاولة للاعتراض تُكتشف فورًا، مقدمة حماية غير مسبوقة للمعلومات الحساسة. وبالتالي، تساهم الاتصالات الكمومية في تطوير شبكة إنترنت كمية عالمية يصعب اختراقها.
