نخستین شبکه ماهواره ای کوانتومی به دست دانشمندان چینی ساخته شد

MacTavish · 31/8/19

به کمک یک شبکه ماهواره ای کوانتومی می‌توان چندین شبکه کوانتومی زمینی دیگر را به یکدیگر متصل کرد. کشور چین برای توسعه چنین شبکه‌هایی پیش‌قدم شده است.

اولین نتیجه موفق از ماهواره کوانتومی چین به دست آمد. بر اساس یک گزارش منتشر شده در وب سایت Sciencemag، محققان آکادمی علوم چین اعلام کردند این ماهواره با موفقیت توانسته فوتون‌های در هم‌ تنیده را بین سه ایستگاه پایه زمینی مختلف توزیع کند، ایستگاه‌هایی که حدود هزار و دویست کیلومتر با یکدیگر فاصله دارند. این برای نخستین باری است که شاهد برقراری چنین نوع ارتباطی با این فاصله‌ میان زمین و فضا هستیم.

بر اساس گفته‌های محققان، این شبکه ماهواره ای کوانتومی مسیری جدید برای ارتباطات کوانتومی به صورت عملی و همچنین آزمایش‌های اپتیک کوانتومی در فواصل طولانی ایجاد کرده است. این ماهواره که در آگوست (مرداد) سال جاری به فضا پرتاب شد، از یک کریستال برای تولید جفت فوتون‌های در هم تنیده در مدار استفاده می‌کند. این فوتون‌ها در ادامه به ایستگاه‌های زمینی منتقل می‌شوند. آن‌ها برای رسیدن به این ایستگاه‌ها مسیری دو هزار و چهارصد کیلومتری را در فضا طی می‌کنند.

از نظر تئوری، فوتون‌های درهم تنیده می‌توانند بین هر مسافتی با یکدیگر مرتبط باقی بمانند، اما در عمل، توزیع جفت فوتون‌ها بدون اخلال در هم تنیدگی آن‌ها بسیار سخت است. اگر بتوان این وضعیت را واقعا حفط کرد، نتیجه یک کانال ارتباطی بسیار پایدار است که متوقف کردن آن غیر ممکن می‌شود. شبکه توزیع کلید کوانتومی راه حلی است که فعالان در این زمینه ارائه کرده‌اند. در این روش می‌توان با استفاده از شبکه، کلیدهای رمزنگاری طولانی و پیچیده‌ای را به صورت ایمن توزیع کرد. هر کسی تلاش کند تا این کلیدها را متوقف کند خیلی زود شناسایی خواهد شد، چرا که مشاهده فوتون‌های در حال جابه‌جایی بدون تغییر دادن آن‌ها غیر ممکن است.

یک دیاگرام ارسال‌کننده (A) و گیرنده (B)

شبکه های کوانتومی آینده خوبی را برای شبکه‌ های فیبر زمینی نشان می‌دهند، شبکه‌ هایی که تجهیزات مسیریابی تخصصی می‌توانند همانند زمان استفاده از کابل فیبر نوری معمولی ترفند یکسانی را در آن‌ها اجرا کنند. نخستین باری که شاهد پیاده‌سازی چنین شبکه‌ای بودیم به سال 2003 برمی‌گردد که دارپا (آژانس پروژ‌ه‌های تحقیقات پیشرفته دفاعی آمریکا) توانست دانشگاه بـ*ـو*ستون، دانشگاه هاروارد و یک آزمایشگاه خصوصی را به یکدیگر متصل کند. از آن زمان به بعد شرکت‌های زیادی برای ایجاد چنین اتصالات بلند پروازانه‌ای تلاش کرده‌اند.

شرکت سوییسی - Quantique یک شبکه کوانتومی را طراحی کرده که توسط آن تعداد زیادی از دیتاسنترهای عظیم آمریکای شمالی به یکدیگر متصل خواهند شد. در کشور چین، علاوه بر راه‌اندازی این شبکه ماهواره ای کوانتومی ، یک تیم جداگانه در حال فعالیت بر روی ایجاد یک شبکه کوانتومی بین شهرهای شانگهای و پکن است که مسافت آن به دو هزار کیلومتر می‌رسد.

در این شبکه تنها به فیبر اتکا می‌شود، اما همچنان انتظار می‌رود امکان ایجاد ارتباط بین این مسافت زیاد محقق شود، مسافتی که از شبکه ماهواره ای کوانتومی تازه راه‌اندازی شده نیز بیشتر است. البته به خاطر ماهیت فیبر، حداکثر میزان انتقال یک فوتون در این حالت با محدودیت مواجه است.

بر اساس گفته‌های شرکت - Quantique، یک لینک ماهواره‌ای قابل اعتماد می‌تواند شبکه‌ های فیبری کنونی را به تنها شبکه کوانتومی جهانی متصل کند. اکنون کارایی و کاربرد ارتباطات کوانتومی از فضا مشخص می‌شود. چشم‌انداز این است که شبکه‌های توزیع کلید کوانتومی منطقه‌ای بر روی فیبر پیاده‌سازی شوند، شبکه‌هایی که می‌توان همه آن‌ها را از طریق لینک‌های ماهواره‌ای به یکدیگر متصل کرد.

چین تنها کشوری نیست که در تلاش است تا ارتباطات کوانتومی را به فضا ببرد. یک پروژه دیگر در این باره بین دانشگاه استراتکلاید انگلستان و دانشگاه ملی سنگاپور کلید خورده است. این دو آکادمی امیدوارند چنین شبکه‌ای را با هزینه‌ای کمتر و با استفاده از ماهواره‌های آماده با نام Cubesats پیاده‌سازی کنند. همچنین یک تیم کانادایی مشغول توسعه یک روش تولید فوتون‌های در هم تنیده بر روز زمین است، پیش از اینکه آن‌ها را به فضا ارسال کند.