اولین انتقال داده بین کامپیوترهای کوانتومی در جهان انجام شد

به گزارش فناور،دانشمندان دانشگاه آکسفورد برای نخستین بار موفق به انتقال داده‌های کوانتومی بین دو کامپیوتر کوانتومی شدند. اگرچه این انتقال تنها در فاصله‌ای حدود دو متر (معادل شش فوت) در یک آزمایشگاه انجام شد، اما این پیشرفت نشان‌دهنده امکان‌پذیری مقیاس‌پذیری فناوری کوانتومی از طریق انتقال حالات کوانتومی در یک شبکه متصل است که می‌توان آن را به‌عنوان “اینترنت کوانتومی” تصور کرد.

تلپورتیشن کوانتومی چیست؟

تلپورتیشن یا انتقال آنی، یکی از پدیده‌های عجیب فیزیک کوانتوم است که تنها از طریق اصول این علم قابل درک است. در دنیای کوانتوم، اشیاء تا زمانی که اندازه‌گیری نشوند، در حالت مبهمی از احتمالات مختلف وجود دارند. این حالت مبهم با فرآیند اندازه‌گیری به یک وضعیت مشخص تبدیل می‌شود.

در تلپورتیشن کوانتومی، از پدیده‌ای به نام **درهم‌تنیدگی** استفاده می‌شود. در این فرآیند، حالت‌های نامشخص دو ذره با یکدیگر ترکیب می‌شوند. سپس با انجام اندازه‌گیری‌های دقیق روی یکی از ذرات، می‌توان حالت کوانتومی ذره دیگر را در فاصله‌ای دور تغییر داد و به این ترتیب، هویت کوانتومی ذره اول به دومی منتقل می‌شود. این فرآیند باعث تخریب حالت اصلی شده و تنها نسخه جدید باقی می‌ماند.

اگرچه این نوع تلپورتیشن نمی‌تواند افراد یا اشیاء را مانند داستان‌های علمی-تخیلی از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل کند، اما برای انتقال اطلاعات مبهم و حیاتی که در عملیات منطقی کامپیوترهای کوانتومی مورد نیاز است، ایده‌آل است.

جزئیات آزمایش دانشگاه آکسفورد

داگال مین، فیزیکدان دانشگاه آکسفورد و نویسنده اصلی این تحقیق، توضیح داد:
“در حالی که آزمایش‌های قبلی تلپورتیشن کوانتومی بر انتقال حالات کوانتومی بین سیستم‌های فیزیکی جداگانه تمرکز داشتند، ما در مطالعه خود از تلپورتیشن برای ایجاد تعاملات بین این سیستم‌های دور استفاده کردیم.”

در کامپیوترهای کلاسیک، محاسبات بر اساس بیت‌ها انجام می‌شود که هر بیت می‌تواند تنها یکی از دو حالت “روشن” یا “خاموش” (۰ یا ۱) را داشته باشد. اما کامپیوترهای کوانتومی از کیوبیت‌ها استفاده می‌کنند؛ حالاتی که توزیع ریاضی پیچیده‌ای از احتمالات را نشان می‌دهند و معمولاً با ویژگی‌هایی مانند اسپین یا بار الکتریکی اتم‌ها نمایش داده می‌شوند.

برای عملی کردن محاسبات کوانتومی، صدها یا حتی هزاران کیوبیت باید با یکدیگر درهم‌تنیده شوند. این فرآیند باید به گونه‌ای انجام شود که هیچ عامل خارجی وارد محاسبات نشود و حالت‌های احتمالی را مختل نکند. اما حفظ این حالت‌های حساس برای مدت کافی جهت انجام محاسبات، چالش بزرگی است که نیازمند فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند اصلاح خطا و محافظت در برابر عوامل مزاحم است.

چالش‌ها و راه‌حل‌ها

یکی از راه‌حل‌های ممکن برای غلبه بر این چالش‌ها، اتصال چندین پردازنده کوچک‌تر به یکدیگر از طریق یک شبکه است تا نوعی ابرکامپیوتر کوانتومی ایجاد شود. اگرچه اطلاعات کوانتومی می‌توانند از طریق امواج نوری منتقل شوند، اما احتمال فساد غیرقابل برگشت اطلاعات در طول مسیر باعث شده است که این روش چندان عملی نباشد.

تلپورتیشن کوانتومی راه‌حلی جایگزین ارائه می‌دهد. در این روش، اطلاعات اندازه‌گیری‌شده به صورت داده‌های باینری (به روش سنتی) ارسال می‌شوند. سپس گیرنده با استفاده از این اطلاعات، ذره درهم‌تنیده خود را تنظیم کرده و حالتی مشابه با حالت اصلی ایجاد می‌کند.

نتایج آزمایش

در آزمایش دانشگاه آکسفورد، حالتی مبهم از اسپین (چرخش) یک ذره با موفقیت تلپورت شد و ۸۶ درصد با حالت اصلی مطابقت داشت. این میزان دقت برای استفاده به‌عنوان گیت منطقی در عملیات ساده‌ای مانند اجرای الگوریتم گروور کافی بود. الگوریتم گروور یکی از الگوریتم‌های پایه‌ای در محاسبات کوانتومی است که با موفقیت ۷۱ درصد بین دو پردازنده اجرا شد.

داگال مین درباره اهمیت این دستاورد گفت:
“با اتصال ماژول‌ها از طریق لینک‌های فوتونیکی، سیستم ما انعطاف‌پذیری ارزشمندی پیدا کرده است که اجازه می‌دهد ماژول‌ها بدون اختلال در کل معماری ارتقا یا تعویض شوند.”

کاربردهای آینده

این انعطاف‌پذیری امکان بازسازی شبکه‌های کوانتومی را فراهم کرده و کاربردهای فناوری کوانتوم را متنوع‌تر می‌کند. چنین شبکه‌هایی نه تنها برای محاسبات پیشرفته بلکه برای اندازه‌گیری و آزمایش اصول بنیادی فیزیک نیز قابل استفاده خواهند بود.

این پژوهش که گامی بزرگ در مسیر توسعه اینترنت کوانتومی محسوب می‌شود، اخیراً در مجله معتبر Nature منتشر شده است.