نجاح في نقل الضوء إلى مكان آخر وتجميده يمكن ان يجعل السفر اسرع من الضوء ممكنا
لطالما كان النقل اللحظي من الخيال العلمي الذي نراه في الأفلام فقط. ولكن مع تطور فيزياء الكم، أصبحت هذه الفكرة المذهلة واقعًا ملموسًا. فقد حقق باحثون في معهد علوم الضوء (ICFO) في برشلونة إنجازًا رائدًا: إمكانية إرسال فوتونات تحمل معلومات من مكان إلى آخر عبر وحدات الكم المادية.
يُظهر هذا الإنجاز غير المسبوق القدرة على تبادل المعلومات في الوقت الفعلي، مما يفتح الباب أمام شبكات الكم المستقبلية وآفاق جديدة في مجالي الاتصالات والحوسبة. وعلى الرغم من وصف هذه العملية بأنها أسرع من سرعة الضوء، إلا أن هذا مجرد تشبيه، والاختراق الحقيقي يكمن في القدرة على نقل الحالات الكمية والفوائد المترتبة على ذلك.
العناصر الأساسية للتشابك الكمي ونقل المعلومات يعتمد النقل الكمي على ظاهرة التشابك الكمي، وهي إحدى أغرب خصائص ميكانيكا الكم. عندما يتم تقريب جسيمين كميين من بعضهما، يصبحان مترابطين كشريكين في زوج واحد. أي شيء يحدث لأحدهما سيؤثر فورًا على الآخر، مهما كانت المسافة بينهما.
وصف أينشتاين هذه الظاهرة بأنها “فعل شبحي عن بُعد” وظلت موضوع بحث ونقاش كبير في الأوساط العلمية لعقود. هذا الترابط غير المحلي هو ما يسمح بحدوث عملية النقل الكمي، حيث يمكن نقل المعلومات المتشابكة من مكان إلى آخر دون المرور بالمسافة بينهما.
في تجربة معهد ICFO، استُخدمت الفوتونات المتشابكة لنقل المعلومات الكمية، مما يعني إمكانية نقل البيانات عبر مسافات طويلة. ثم يتم تخزين الحالات المتشابكة باستخدام ذاكرات كمية متعددة القنوات لزيادة كفاءة واحتمالية نجاح هذه العملية.
التنفيذ والإعداد التجريبي: داخل عملية النقل الكمي العملية الفعلية للنقل الكمي معقدة وتتضمن تجارب مختلفة تُعرف باسم ‘أليس’ و’بوب’. في دراسة معهد ICFO، قام الباحثون بإنتاج أزواج من الفوتونات المتشابكة باستخدام بلورة خاصة في جانب ‘أليس’. تم وضع فوتون واحد في ذاكرة كمية صلبة في موقع أليس، بينما تم توجيه الفوتون الثاني من الزوج المتشابك عبر ألياف بصرية أحادية النمط بطول 1 كم إلى بوب.
في الوقت نفسه، تم إنشاء فوتون آخر في الطرف الآخر وإعداده لاستخدامه في نقل البيانات المراد كتابتها. من بين الطرق المستخدمة، يجدر التركيز على قياس حالة بيل (BSM) الذي تم إجراؤه للسماح للفوتون المتشابك من أليس والفوتون الجديد في نظام بوب بالتفاعل وبالتالي نقل الحالة الكمية إلى الفوتون المخزن عند أليس.
كما لوحظ في هذا الترتيب، يمكن نقل المعلومات الكمية بكفاءة عبر مسافات طويلة – وهو شرط أساسي لبناء شبكات كمية.
التكامل مع البنية التحتية للاتصالات الحالية: كيف يمكن تطوير الأنظمة القائمة من الجدير بالذكر أن هذا البحث لا يعتمد على معدات جديدة متخصصة لجمع البيانات عن حركة الاتصالات. إن استخدام الفوتونات في الأطوال الموجية للاتصالات يضمن إمكانية دمج النقل الكمي في البنية التحتية الحالية للاتصالات القائمة على الألياف البصرية، مما يجعل الانتقال من الاتصالات الكلاسيكية إلى الاتصالات الكمية ممكنًا.
هذا التوافق ضروري للتنفيذ الواقعي لشبكة كمية، حيث لا يتطلب تغييرات على المستوى الأساسي ولكن يمكن بدلاً من ذلك البناء على التقنيات الموجودة. وقد أظهرت التجربة معدلات دقة ونقل عالية عبر عدة كيلومترات، مما يشير إلى إمكانية إضافة الاتصالات الكمية طويلة المدى بكفاءة إلى شبكة الاتصالات الحالية.
مستقبل الاتصالات الكمية: آثار وإمكانيات النقل الكمي من الملاحظ أن فريق معهد ICFO تمكن من نقل المعلومات الكمية عبر مسافة 1 كم، مما يوضح إمكانات وقدرات هذه الطريقة في تعزيز الاتصالات الكمية. يضع هذا العمل أساسًا غير مسبوق لبناء شبكات اتصال كمية آمنة في أي مكان بسرعة الضوء، وذلك بفضل تطبيق التشابك الكمي وأساليب تجريبية فعالة للغاية.
على الرغم من أن الإعلان عن تحقيق حلم السفر بسرعة أكبر من سرعة الضوء هو أمر مستقبلي وليس مطلقًا، من المهم فهم أن الإنجاز المحقق في النقل الكمي هو تطور ثوري. وبينما لا تزال هناك تعقيدات يجب حلها وعقبات يجب التغلب عليها، فإنه مع تطور التقنيات، تزداد إمكانية تحقيق إنترنت كمي واقعي.
هذا التحول الجذري هو اختراق يمكن أن يعيد تعريف مفهومنا للمعلومات واستخدام المعرفة بشكل أساسي، مما يمثل عصرًا جديدًا في تقنيات الاتصالات والحوسبة.