ارسال ایمن «اطلاعات کوانتومی» در ۲۵۰ کیلومتر فیبر نوری

فناوری‌های ارتباطی روز به روز نیازمند امنیت بالاتر و سرعت بیشتر هستند. یکی از حوزه‌هایی که می‌تواند آینده ارتباطات را متحول کند، «شبکه‌های کوانتومی» است. این شبکه‌ها از قوانین عجیب اما قابل‌اعتماد فیزیک کوانتومی برای ارسال اطلاعات استفاده می‌کنند. در این شیوه‌ها، رمزنگاری و تبادل کلیدهای امنیتی به‌گونه‌ای انجام می‌شود که رهگیری یا شنود پیام تقریباً ناممکن است. از جمله روش‌های مطرح، «توزیع کلید کوانتومی» است که امنیت آن برخلاف روش‌های سنتی، نه بر پایه پیچیدگی ریاضی بلکه بر اصول طبیعت استوار است.

اما بهره‌برداری گسترده از این نوع ارتباطات تا امروز با موانعی روبه‌رو بوده، به‌خصوص نیاز به تجهیزات خاص و بسیار گران مانند خنک‌کننده‌های بسیار قوی که عملکرد دستگاه‌های کوانتومی را تضمین می‌کنند. به همین دلیل، امکان استفاده عمومی از ارتباطات کوانتومی در سطح وسیع وجود نداشته است. حال اگر بتوان از همین کابل‌های فیبر نوری معمولی استفاده کرد و ارتباط کوانتومی برقرار ساخت، تحولی بزرگ در این عرصه رخ خواهد داد.

در همین راستا، گروهی از پژوهشگران به سرپرستی «میرکو پیتالوجا» از تیم تحقیقاتی وابسته به شرکت بریتانیایی Toshiba Europe، در همکاری با مراکز داده در آلمان، موفق شدند سیستمی طراحی و آزمایش کنند که پیام‌های کوانتومی را از طریق شبکه معمول مخابراتی منتقل می‌کند. این پژوهش با تمرکز بر یک روش خاص به‌نام «توزیع کلید کوانتومی بر پایه میدان دوقلو و همدوس» انجام شد که در آن، پیام‌ها از طریق ویژگی همدوسی نور یعنی توانایی پرتوهای نوری برای تعامل قابل‌پیش‌بینی منتقل می‌شوند.

در این پژوهش، مسیر ارتباطی بین سه مرکز داده در شهرهای فرانکفورت، کیل و کرشفلد در آلمان انتخاب شد. این مراکز به‌وسیله ۲۵۴ کیلومتر فیبر نوری تجاری به یکدیگر متصل بودند، که رکورد جدیدی در زمینه استفاده عملی از شبکه‌های کوانتومی در شرایط واقعی به حساب می‌آید. مهم‌تر اینکه، در این روش دیگر نیازی به استفاده از خنک‌کننده‌های خاص نبود.

نتایج به‌دست‌آمده نشان دادند که این سیستم نه‌تنها توانست پیام‌های کوانتومی را با موفقیت در این فاصله منتقل کند، بلکه موفق شد امنیت موردنظر را نیز فراهم نماید. این موفقیت، نشان‌دهنده قابلیت بالای روش یادشده برای ارتباطات کوانتومی در شرایط واقعی و بدون نیاز به زیرساخت‌های تخصصی است.

از دیگر نکات قابل‌توجه، پایداری عملکرد سیستم در بستر معمولی شبکه مخابراتی بود. محققان با بهره‌گیری از ویژگی‌های همدوسی نور، توانستند دقت و قابلیت اطمینان بالایی به‌دست آورند که برای کاربردهای آینده مانند اینترنت کوانتومی بسیار مهم است.

این یافته‌ها که در نشریه معتبر Nature منتشر شده‌اند، می‌توانند راه را برای راه‌اندازی ارتباطات بسیار امن و غیرقابل شنود در آینده هموار کنند، بدون آنکه نیاز به ایجاد زیرساخت‌های جدید و پرهزینه باشد. اگر چنین سیستم‌هایی به‌طور گسترده پیاده‌سازی شوند، می‌توانند امنیت دیجیتال را در سطحی بی‌سابقه تضمین کنند.