خلاصه خبر:
محققان به رهبری QuTech با اتصال دو پردازنده کوانتومی در بیش از 25 کیلومتر فیبر نوری مستقر بین دلفت و لاهه به یک نقطه عطف بزرگ در شبکه‌های کوانتومی دست یافتند که اولین پیوند کوانتومی در مقیاس شهری را نشان میدهد. این توسعه، شبکه‌های کوانتومی را به خارج از آزمایشگاه‌ها و به سمت برنامه‌های کاربردی در دنیای واقعی حرکت میدهد. این تیم با استفاده از کیوبیت‌های اسپین الماس و تکنیک‌های نوآورانه برای کاهش تلفات فوتون و تثبیت اتصالات، درهم تنیدگی را در فواصل طولانی ایجاد کردند که برای ارتباطات و محاسبات کوانتومی ایمن ضروری است.این پروژه از فناوری‌های پیشرفته شرکای مانند Fraunhofer ILT، OPNT و KPN استفاده کرد که سازگاری معماری با سیستم‌های کیوبیت مقیاس‌پذیر آینده را برجسته میکند. این موفقیت، رهبری اروپا را در فناوری کوانتومی نشان میدهد و زمینه‌های حیاتی را برای اینترنت کوانتومی آینده ایجاد میکند.
توضیحات تکمیلی:
یک تیم بین المللی به رهبری QuTech با موفقیت یک پیوند کوانتومی در مقیاس شهری را نشان داده است که دو پردازنده کوانتومی را در طول 25 کیلومتر فیبر مستقر بین دلفت و لاهه به هم متصل می کند. این پیشرفت که در Science Advances به تفصیل آمده است، جهشی قابل توجه از آزمایش‌های کوانتومی مبتنی بر آزمایشگاه به شبکه‌ای مقیاس‌پذیر و دنیای واقعی را نشان میدهد و زمینه را برای آینده اینترنت کوانتومی فراهم میکند.
فناوری اینترنت کوانتومی پتانسیل تغییر ارتباطات ایمن، محاسباتی و تحقیقات علمی را دارد. برخلاف بیت‌های کلاسیک، بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها می‌توانند در حالت‌های برهم نهی (هر دو 0 و 1 به طور همزمان) وجود داشته باشند و برای حفظ همبستگی‌های آنی بدون در نظر گرفتن فاصله، در هم تنیده شوند. با استفاده از این ویژگی‌ها، شبکه‌های کوانتومی نوید ارتباطات فوق‌ایمن، محاسبات کوانتومی توزیع‌شده و اشتراک‌گذاری داده‌های حفظ حریم خصوصی را می‌دهند و برنامه‌های کاربردی را با اینترنت فعلی غیرقابل دسترس می‌سازند.
آزمایش تیم QuTech دو کیوبیت اسپین الماس را که به طور مستقل عمل می‌کنند، به هم متصل میکند، که در یک شبکه فیبری جاسازی شده‌اند که شامل یک ایستگاه میانی برای کنترل درهم‌تنیدگی و کاهش تلفات فوتون است. یک پیشرفت کلیدی، استفاده تیم از یک مبدل فرکانس کوانتومی جدید است که فوتون‌های کیوبیت را به باند L مخابراتی منتقل میکند و تلفات را در فیبر 25 کیلومتری به حداقل می‌رساند و اتصالات کوانتومی در مقیاس شهری را امکان‌پذیرتر میکند. برای حفظ پایداری در چنین فاصله‌ای، این تیم تکنیک‌های تثبیت فاز دقیق و یک پروتکل درهم‌تنیدگی «یک کلیک» یا single-click مقاوم در برابر تلفات را اجرا کردند که امکان تولید و تصحیح درهم‌تنیدگی کارآمد را حتی زمانی که فوتون‌ها در طول فیبر از بین می‌روند را فراهم میکند. آرین استولک، یکی از نویسندگان این مقاله، این چالش پایداری را با "ثابت نگه داشتن فاصله بین زمین و ماه در چند میلی متر" مقایسه کرد.
این تلاش شرکای کلیدی را گرد هم آورد که هر کدام فناوری تخصصی را ارائه می‌کردند: Fraunhofer ILT مبدل فرکانس کوانتومی را توسعه داد، OPNT پیشرفته‌ترین سیستم‌های زمان‌بندی را ارائه کرد و ارائه‌دهنده مخابراتی KPN هم زیرساخت و هم پشتیبانی سایت را ارائه کرد. انعطاف‌پذیری و قابلیت همکاری پروژه همچنین پتانسیل معماری را برای سازگاری با طیف وسیعی از سیستم‌های کیوبیت فراتر از گره‌های مبتنی بر الماس برجسته میکند و آن را برای سیستم‌های کوانتومی نسل بعدی قابل استفاده میکند.
به گفته رونالد هنسون از QuTech، "این کار نشان دهنده گامی مهم در خارج از آزمایشگاه تحقیقاتی به این میدان است که امکان کاوش در شبکه های پردازنده کوانتومی در مقیاس شهری را فراهم می کند." جسی رابرز، مدیر Quantum Delta NL، افزود که این کار "اروپا را در خط مقدم فناوری شبکه های کوانتومی قرار می دهد." این پروژه با اثبات اینکه زیرساخت فیبر مستقر می‌تواند از اتصالات کوانتومی قوی در فواصل شهری پشتیبانی کند، زمینه را برای مقیاس‌بندی شبکه‌های کوانتومی در سراسر اروپا و فراتر از آن فراهم میکند و نقطه عطفی در سفر به سوی اینترنت کوانتومی ایجاد میکند که می‌تواند زیرساخت دیجیتال جهانی را بازتعریف کند.
منبع
https://www.tudelft.nl/en/2024/tu-delft/a-rudimentary-quantum-network-link-between-dutch-cities
Adriaan Stolk et al, Metropolitan-scale heralded entanglement of solid-state qubits, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp6442. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp6442
