في فبراير 2020، صرح علماء من مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية وجامعة شيكاغو، أنهم تمكنوا من تحقيق تشابك كمي – حيث يرتبط سلوك زوج من الجسيمات الصغيرة – بحيث تكون حالاتهم متطابقة – من خلال شبكة كمية تمتد 52 ميلًا (83.7 كيلومتر) في ضواحي مدينة شيكاغو.
قد تتساءل عن كل هذه الضجة، إذا لم تكن عالمًا على دراية بميكانيكا الكم – أي سلوك المادة والطاقة على أصغر نطاق من الواقع، والذي يختلف بشكل غريب عن العالم الذي نراه حولنا.
لكن إنجاز الباحثين قد يكون خطوة مهمة في تطوير نسخة إنترنت أكثر قوة في العقود القليلة القادمة.
بدلًا من البتات المستخدمة في الإنترنت اليوم، والتي يمكن أن تعبر فقط عن قيمة 0 أو 1، سيستخدم الإنترنت الكمومي في المستقبل عددًا كميًا من المعلومات الكمية، والتي يمكن أن تكون عبارة عن عدد غير محدود من القيم.
(الكيوبت هو وحدة المعلومات في الكمبيوتر الكمي؛ إنه مثل البت في الكمبيوتر العادي).
هذا من شأنه أن يمنح الإنترنت الكمومي عرض نطاق ترددي أكبر، مما سيجعل من الممكن توصيل الحواسيب الكمومية فائقة القوة والأجهزة الأخرى وتشغيل التطبيقات الضخمة، وهذا ببساطة غير ممكن مع الإنترنت المتواجد لدينا اليوم.
وضح ديفيد أوشالوم عبر البريد الإلكتروني، وهو أستاذ الإلكترونيات الدورة السبترونيات والمعلومات الكمومية من كلية بريتزكر للهندسة الجزيئية في جامعة شيكاغو وكبير العلماء في أرغون وقائد مشروع الشبكة الكمومية: «سيكون الإنترنت الكمومي هو المنصة الأساسية لنظام بيئة كمومي، حيث تتبادل الحواسيب والشبكات والمستشعرات المعلومات بطريقة جديدة، حيث يعمل الاستشعار والاتصال والحوسبة معًا ككيان واحد».
شرح الإنترنت الكمومي
لماذا نحتاجه؟ وماذا يعمل؟
بالنسبة للمبتدئين، فإن الإنترنت الكمومي ليس بديلًا عن الإنترنت العادي الموجود لدينا اليوم، بل سيكون مكملًا أو فرعًا له.
سيكون قادرًا على تولي إصلاح بعض المشاكل التي يعاني منها الإنترنت الحالي.
على سبيل المثال، سيوفر الإنترنت الكمومي حماية أكبر بكثير من المتسللين (الهاكرز) والمجرمين الإلكترونيين.
في الوقت الحالي، إذا أرسلت أليس في نيويورك رسالة عبر الإنترنت إلى بوب في كاليفورنيا، فإن هذه الرسالة تنتقل في خط مستقيم تقريبًا من ساحل إلى آخر.
على طول الطريق، تتدهور الإشارة التي تنقل الرسالة؛ يقرأ المعيدون الإشارات ويضخمون ويصححون الأخطاء. لكن هذه العملية تسمح للمتسللين باختراق واعتراض الرسالة.
بالنسبة للرسالة الكمومية فهي لن تواجه هذه المشكلة.
تستخدم الشبكات الكمومية جزيئات الفوتونات الضوئية لإرسال رسائل ليست عرضة للهجمات الإلكترونية.
يقول راي نويل، الباحث في مختبر لوس ألاموس الوطني: «بدلًا من تشفير رسالة باستخدام التعقيد الرياضي، فإننا نعتمد على القواعد الخاصة بفيزياء الكم».
باستخدام المعلومات الكمية، فإنه لا يمكنك نسخها أو قطعها إلى نصفين، ولا يمكنك حتى النظر إليها دون أن تتغير.
وفقًا لما كتبته مجلة ويرد (Wired): «في الواقع، مجرد محاولة اعتراض الرسالة فإن الرسالة تتدمر».
هذا من شأنه توفير تشفير سيكون أكثر أمانًا من أي شيء متاح اليوم.
قال سوميت كاتري، الباحث في جامعة ولاية لويزيانا في باتون روج، في رسالة له على البريد الإلكتروني: «إن أسهل طريقة لفهم الإنترنت الكمومي هي من خلال مفهوم النقل الكمومي عن بعد».
كتب هو وزملاؤه ورقة حول جدوى الإنترنت الكمي الفضائي، حيث تبث الأقمار الاصطناعية الفوتونات وصولًا إلى سطح الأرض، كما تصفه إحدى المقالات المنشورة في مجلة مراجعة التكنولوجيا التابعة لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
يقول كاتري: «إن النقل الكمومي عن بعد لا يشبه ما قد يتخيله عقل غير العالم، من خلال ما تعرضه أفلام الخيال العلمي».
في النقل الكمومي عن بعد يتشارك شخصان يرغبان في التواصل، زوجًا من الجسيمات المتشابكة كميًا.
ثم من خلال سلسلة عمليات، يمكن للمرسل إرسال أي معلومات كمية إلى جهاز الاستقبال (على الرغم من أنه لا يمكن إرسالها بشكل أسرع من سرعة الضوء، وفقًا للمفهوم الشائع الخاطئ).
تشكل هذه المجموعة التي تتشارك التشابك الكمي بين شخصين في جميع أنحاء العالم، أساس الإنترنت الكمومي.
السؤال الذي يتمحور حوله البحث: ما هي أفضل طريقة لتوزيع هذه الأزواج المتشابكة على الأشخاص في جميع أنحاء العالم؟
وفقًا لمجلة كوزموس، بمجرد أن يكون من الممكن القيام بذلك على نطاق واسع، فإن الإنترنت الكمي سيكون سريعًا بشكل مدهش للغاية بحيث يمكن مزامنة الساعات البعيدة أفضل بـ1000 مرة من الساعات الذرية المتاحة اليوم.
هذا من شأنه أن يجعل الملاحة باستخدام نظام تحديد المواقع أكثر دقة مما هو عليه اليوم، ورسم خريطة لمجال جاذبية الأرض حيث يمكن للعلماء اكتشاف تموجات الجاذبية.
أيضًا ربما يجعل من الممكن نقل الفوتونات عن بعد عبر تلسكوبات الضوء المرئي في جميع أنحاء العالم وربطها بمرصد افتراضي عملاق.
قال نيكولاس بيترز قائد مجموعة في مجموعة علم المعلومات الكمية في مختبر أوك ريدج الوطني: «من المحتمل أن نرى كواكب حول النجوم الأخرى».
سيكون من المحتمل أيضًا لشبكات الحواسيب الكمومية فائقة القوة في جميع أنحاء العالم أن تعمل معًا على إنشاء العديد من المحاكاة المعقدة بشكل لا يصدق.
قد يمكن ذلك الباحثين من فهم سلوك الجزيئات والبروتينات، على سبيل المثال، وتطوير واختبار أدوية جديدة.
وقد يساعد العلماء على حل بعض أسرار الواقع القديمة.
يقول نيويل: «ليس لدينا صورة كاملة عن كيفية عمل الكون».
لدينا فهم جيد للغاية عن كيفية عمل ميكانيكا الكم، لكن ليس لدينا صورة واضحة عن الآثار المترتبة عليها.
الصورة ضبابية حيث تتقاطع ميكانيكا الكم مع تجربتنا الحية.
تحديات بناء الإنترنت الكمومي
لكن قبل حدوث أي من ذلك، يجب على الباحثين معرفة كيفية بناء الإنترنت الكمومي، وبالنظر إلى غرابة ميكانيكا الكم، فلن يكون ذلك سهلًا.
يقول بيترز: «في العالم الكلاسيكي يمكنك تشفير المعلومات وحفظها دون أن تتلف».
في العالم الكمومي تقوم بتشفير المعلومات وتبدأ بالتلف على الفور تقريبًا.
مشكلة أخرى هي أنه نظرًا لأن كمية الطاقة التي ترسل المعلومات الكمية منخفضة جدًا، فمن الصعب منعها من التفاعل مع العالم الخارجي.
يقول نيويل: «اليوم، في كثير من الحالات، تعمل الأنظمة الكمية فقط في درجات حرارة منخفضة جدًا».
البديل الآخر هو العمل داخل الفراغ وضخ كل الهواء خارجًا.
يقول نيويل: «من أجل تشغيل الإنترنت الكمومي، ستحتاج إلى جميع أنواع الأجهزة التي لم يتم تطويرها بعد».
لذلك من الصعب أن نقول في هذه المرحلة بالضبط متى سيتم تشغيل الإنترنت الكمومي، على الرغم من أن أحد العلماء الصينيين تصور أنه يمكن أن يتواجد في عام 2030.
اقرأ أيضًا:
قام فيزيائيون بشبك شريحتي سيليكون كموميًا لهما القدرة على نقل المعلومات
سبع تطبيقات مستقبلية للحواسب الكمية
ترجمة: محمد رشود
تدقيق: سلمى عفش
مراجعة: صهيب الأغبري
