بعد تطوير نوع جديد.. ما هو الإنترنت الكمومي وكيف سيغير شكل الاتصالات؟

نجح العلماء في تطوير نوع جديد من البتات الكمومية الجزيئية التي قد تمهد الطريق لإنترنت كمومي في المستقبل، إذ يمكن لهذه التقنية ربط أجهزة الكمبيوتر الكمومية عبر تكنولوجيا الاتصالات الحالية.

ويعتمد الكيوبت الجديد على عنصر أرضي نادر يسمى الإربيوم، الذي يمتلك خصائص بصرية ومغناطيسية تتيح نقل المعلومات الكمومية عبر نفس أطوال الموجات المستخدمة في شبكات الألياف البصرية.

ويعمل الكيوبت عند أطوال موجية محددة في مجال الاتصالات، ما يسهل دمجه في رقائق السيليكون ويتيح تطوير أجهزة كمية أصغر وأكثر إحكامًا.

وأوضح الباحثون في بيان نشرته جامعة شيكاغو أن هذه التقنية تمثل “ركيزة أساسية واعدة لتقنيات الكم القابلة للتطوير”، بدءا من روابط الاتصالات فائقة الأمان ووصولا إلى شبكات الحواسيب الكمومية بعيدة المدى، والمعروفة بالإنترنت الكمومي.

أنواع الكيوبتات والبتات الكمومية الجزيئية

الكيوبتات هي الوحدة الأساسية للمعلومات الكمومية، وتعمل كمعادل للبتات في الحوسبة الكلاسيكية، مع اختلاف رئيسي في القدرة على التراكب بين حالتين أو أكثر في الوقت نفسه.

وتتنوع الكيوبتات بين فائقة التوصيل، أيونية محاصرة، وفوتونية، بينما تعتمد البتات الكمومية الجزيئية على جزيئات فردية غالبًا ما تحتوي على معادن أرضية نادرة، حيث يحدد دوران الإلكترون الحالة الكمومية للبت.

الميزة الفريدة للكيوبت الجديد

ما يميز كيوبت الإربيوم هو الدمج بين الخصائص المغناطيسية والفوتونية، إذ يمكن تخزين المعلومات مغناطيسيا وقراءتها بواسطة الإشارات الضوئية.

وأظهرت التجارب إمكانية وضع دوران ذرة الإربيوم في حالة تراكب متحكم بها، مع قراءة الحالات الكمومية للكيوبت عبر التحليل الطيفي البصري، ما يوفر جسرا نانويا بين عالم المغناطيسية والبصريات، وفقا لليا وايس، الباحثة المشاركة في الدراسة.

بيانات كمية طويلة المدى والتحكم في الأجهزة

ويتيح العمل عند أطوال موجات الاتصالات نقل الإشارات لمسافات طويلة مع الحد الأدنى من الخسارة، ما يعد أمرًا حيويًا للبيانات الكمومية.

ويمكن للإشارة الضوئية المرور عبر السيليكون للوصول إلى المكونات الفوتونية المدمجة، ما يجعل كيوبت الإربيوم مثاليًا للأجهزة القائمة على الرقائق.

وأضاف ديفيد أوشالوم، الباحث الرئيسي: “توفر أطوال موجات الاتصالات أقل معدل فقدان للضوء عبر الألياف الضوئية، وهو أمر بالغ الأهمية لنقل معلومات مشفرة بفوتون واحد خارج المختبر”.

الحجم والتكامل في بيئات مختلفة

كل كيوبت مصنوع من جزيء واحد أصغر بحوالي 100,000 مرة من شعرة الإنسان، ويمكن تعديل تركيبه عبر الكيمياء التركيبية لدمجه في بيئات مختلفة، بما في ذلك أجهزة الحالة الصلبة أو داخل الخلايا الحية، إذ يتيح هذا التحكم مواجهة أحد أكبر التحديات الهندسية في الحوسبة الكمومية: بناء التوافق الكمي مباشرة في التقنيات الحالية.

وقال أوشالوم: “يعد التكامل خطوة أساسية في توسيع نطاق التكنولوجيا، ونهدف إلى دمج هذه البتات الكمومية في أجهزة مدمجة على الرقاقات، ما سيفتح آفاقا جديدة في التحكم بالجزيئات وكشفها وربطها”.