اخبار کوانتومی – ارتباط کوانتومی امن در بیش از ۲۵۴ کیلومتر فیبر مخابراتی محقق شد
عنوان خبر: ارتباط کوانتومی امن در بیش از ۲۵۴ کیلومتر فیبر مخابراتی محقق شد.
ژانر/موضوع: مخابرات کوانتومی
تاریخ انتشار خبر: 24 آوریل 2025
لینک خبر: The Quantum Insider
چکیده:
محققان شرکت توشیبا اروپا موفق شدند ارتباط کوانتومی امن را در فاصله ۲۵۴ کیلومتری از طریق فیبر نوری تجاری در آلمان برقرار کنند و گامی مهم به سوی شبکه‌های کوانتومی عملی برداشتند. آنها با استفاده از پروتکل توزیع کلید کوانتومی twin-field یا همان TF-QKD، بدون نیاز به خنک‌سازی کرایوژنیک، و تنها با تکیه بر قطعات نیمه‌رسانای استاندارد، همدوسی فاز نوری را حفظ کردند. این سیستم که در مراکز داده در فرانکفورت، کیرشفلد و کیل مستقر شد، با تثبیت فعال فاز نور، توانست همدوسی را در فواصل طولانی حفظ کند. این آزمایش عملکرد پروتکل TF-QKD را در شرایط واقعی تأیید کرده و معیار جدیدی برای ارتباطات کوانتومی امن تعیین کرد. این دستاورد مسیرهایی را برای کاربردهایی مانند شبکه‌های حسگر کوانتومی، محاسبات کوانتومی توزیع‌شده و اینترنت کوانتومی در مقیاس وسیع باز میکند.
شرح کامل خبر:
یک دستاورد مهم در ارتباطات کوانتومی توسط پژوهشگران شرکت توشیبا اروپا به ثبت رسید؛ آنها موفق شدند توزیع کلید کوانتومی امن (QKD) را بر روی شبکه‌ی فیبر نوری تجاری به طول ۲۵۴ کیلومتر در آلمان پیاده‌سازی کنند. این آزمایش، معیار جدیدی برای ارتباطات کوانتومی دوربرد تعیین کرده و قابلیت عملیاتی بودن پروتکل‌های مبتنی بر همدوسی فاز را بدون نیاز به زیرساخت‌های سرمایشی پیچیده تأیید میکند.
در این آزمایش از توزیع کلید کوانتومی میدان دوقلو یا همان Twin-Field Quantum Key Distribution (TF-QKD) استفاده شد؛ پروتکلی پیشرفته که نسبت به روش‌های سنتی QKD به شکل قابل توجهی برد ارتباط را افزایش می‌دهد. در TF-QKD، دو طرف (آلیس و باب) اطلاعات را در فاز پالس‌های نور ضعیف رمزگذاری کرده و به طرف سوم (چارلی) ارسال می‌کنند. چارلی اندازه‌گیری تداخلی را انجام می‌دهد و بدون اطلاع از محتوای رمزگذاری، به آلیس و باب اجازه می‌دهد تا کلیدهای رمز یکسانی را مستقل از هم ایجاد کنند.
این تیم موفق شد نرخ کلیدی برابر با ۱۱۰ بیت بر ثانیه در مسافت ۲۵۴ کیلومتر ثبت کند، آن هم تنها با استفاده از قطعات تجاری موجود در صنعت مخابرات و آشکارسازهای فوتون غیرکرایوژنیک، که نسبت به روش‌های پیشین که نیازمند کاواک های اپتیکی فوق پایدار و خنک‌کننده‌های کرایوژنیک بودند، پیشرفت بزرگی محسوب می‌شود.
مرکز فنی این موفقیت، همدوسی نوری فاز بود—توانایی حفظ رابطه‌ی فازی ثابت میان امواج نوری در طول مسیر. همدوسی برای پروتکل‌های رمزگذاری مبتنی بر فاز و همچنین عملیات‌های کلیدی شبکه‌های کوانتومی مانند تبادل درهم‌تنیدگی (entanglement swapping) و تله‌پورت ضروری است. پژوهشگران برای حفظ این تداوم در شرایط محیطی واقعی، از تکنیک‌های فعال پایدارسازی فاز بهره بردند که شامل ارسال سیگنال‌های مرجع خارج از باند و همگام‌سازی دقیق بود.
این مطالعه نشان داد که ارتباطات کوانتومی مبتنی بر همدوسی می‌تواند با استفاده از زیرساخت‌های موجود فیبر نوری گسترش یابد و معماری اینترنت کوانتومی را به واقعیت نزدیک‌تر کند. نکته مهم این است که این سیستم در استقرارهای دنیای واقعی – که از رک‌های استاندارد مرکز داده با حداقل تطبیق کار می‌کنند – مقاوم بوده است.
این پیاده‌سازی همچنین ویژگی‌های امنیتی مستقل از دستگاه اندازه‌گیری (MDI) را در خود جای داده است که مقاومت در برابر حملات کانال جانبی خاص را افزایش می‌دهد و استحکام سیستم را برای استفاده عملی بیشتر تقویت میکند.
این دستاورد فاصله‌ی عملیاتی QKD را نسبت به نمونه‌های قبلی دو برابر کرده و راه را برای محاسبات کوانتومی توزیع‌شده، شبکه‌های حسگر کوانتومی در مقیاس بزرگ و تکرارکننده‌های کوانتومی هموار میکند. با این حال، چالش‌هایی مانند ناسازگاری طول موج حافظه‌های کوانتومی موجود با فیبرهای مخابراتی باقی مانده است، که نیازمند توسعه‌ی فناوری‌های تبدیل فرکانس یا حافظه‌های جدید است.
این آزمایش همچنین چالش‌های واقعی را آشکار کرد؛ از جمله قطع شدن ناگهانی فیبر که در ابتدا عملکرد سامانه را مختل کرده بود—موضوعی که بر پیچیدگی‌های فنی اجرای فناوری‌های کوانتومی در دنیای واقعی تاکید میکند.ددر مجموع، این پژوهش مرزهای ممکن در ارتباطات کوانتومی مبتنی بر همدوسی فاز را بازتعریف کرده و گامی بنیادی در مسیر تحقق اینترنت کوانتومی آینده محسوب می‌شود که می‌تواند در کنار زیرساخت‌های کلاسیک امروزی فعالیت کند.
منابع:
[1] https://thequantuminsider.com/2025/04/24/quantum-network-goes-the-distance-using-existing-telecom-infrastructure/
[2] https://www.nature.com/articles/s41586-025-08801-w
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
