علماء صينيون يحققون انجازا هاما بشأن شبكة الألياف الكمية طويلة المدى

خفي 28 يونيو 2021 (شينخوا) نجح علماء صينيون في تحقيق توزيع المفتاح الكمي ثنائي المجال من خلال ألياف ضوئية بطول 511 كيلومترا تربط بين منطقتين حضريتين بعيدتين، ما يبرهن على الجدوى التقنية في البيئة العملية ويمهد الطريق لشبكة ألياف كمية طويلة المدى.

وبقيادة بان جيان وي، من جامعة الصين للعلوم والتكنولوجيا، تم إجراء الاختبار الميداني من خلال قناة بين تشينغداو و جينان في مقاطعة شاندونغ شرقي الصين. وتم نشر نتائج التجربة في مجلة "نيتشر فوتونيكس" العلمية، إحدى إصدارات "نيتشر بابليشينج جروب".

ويضمن المبدأ الأساسي لميكانيكا الكم الأمن غير المشروط لتوزيع المفتاح الكمي على حساب منع تضخيم حالة الكم. ورغم التقدم الكبير في شبكات توزيع المفتاح الكمي بالمدن العالمية الكبرى على مدار العقود المنصرمة، إلا أنه لم يتحقق بعد إقامة شبكة ألياف توزيع مفتاح كمي طويلة المدى بدون مُرحل موثوق به.

وعلى غرار اتصالات الألياف الضوئية، فإن حالة الكم تضعف بشكل كبير مع طول مسافة الإرسال. وبالنسبة لاتصالات الألياف الضوئية، فإنه يتم استخدام مضخم ضوئي لترحيل الإشارة الضوئية كل 80 كيلومترا من أجل بناء شبكة ألياف طويلة المدى.

بيد أنه لا يوجد مضخم لحالة كمية واحدة غير معروفة لأن الإشارة الكمية إما أن تنهار أو تشهد حدوث ضوضاء إضافية بمجرد تضخيمها بسبب نظرية عدم استنساخ الكم. ومن ثم فإن المضخم الضوئي العادي لا يمكن استخدامه لألياف توزيع المفتاح الكمي طويلة المدى. وحتى الآن، تصل أطول مسافة اختبار ميداني لتوزيع المفتاح الكمي إلى حوالي 90 كيلومترا.

ويعد توزيع المفتاح الكمي ثنائي المجال بمثابة تكنولوجيا جديدة ربما تحقق شبكة ألياف توزيع المفتاح الكمي طويلة المدى من الناحية النظرية. ونجح فريق البحث بالفعل في تحقيق توزيع المفتاح الكمي ثنائي المجال لمسافة 500 كيلومتر في مختبره، لكن الصوت البشري أو الأنشطة الأخرى لا يمكن منعها في بيئة واقعية، وهو ما يمكن أن يتداخل مع الاستقرار الكمي. ومن ثم، فإن إخضاع التجربة لاختبار ميداني لا يبرهن بالضرورة على جدواها، لكنه يمثل خطوة هامة من ناحية أخرى لاستكشاف إمكانيات شبكات توزيع المفتاح الكمي العالمية في المستقبل.

وذكرت الورقة البحثية أن العمل يثبت جدوى توزيع المفتاح الكمي ثنائي المجال في بيئة عملية ويمهد الطريق نحو شبكات ألياف كمية طويلة المدى، مشيرة إلى تطلعها بأن يتم على الفور استخدام هذه التقنيات التي تم تطويرها عبر هذا العمل في المزيد من التطبيقات العامة مثل أجهزة إعادة إرسال الكم والهيكل المرحلي للإنترنت الكمي.