إبتكار تقنى ..الإنتنطق البعدى الكمومي

The next communication innovation? Quantum teleportation

TAKEFUMI KAWAGUCHI, Nikkei staff writer

طوكيو(رويترز) - لا حاجة للكابلات وسرعات النقل أسرع مليون مرة من الاتصالات البصرية اليوم. وهذا هوالوعد بالتحريك بتخاطر الكم، الذى يتم بواسطتة نقل البيانات تيليبورتيد بدلا من الإرسال فيزيائيا.

وقد أدركت كفاءة تحريك تخاطر الكم العالية باستخدام هذا الجهاز التجريبي الذى بناه أكيرا فيوروساوا، وصنع بأكثر من 500 من المرايا والعدسات.

والتكنولوجيا، التي تعتمد على معلومات من فوتون واحد يجري تقاسمها على الفور مع آخر، فوتون بعيد، بعيد جميع البعد عن كونه جاهزة لوقت الذروة. ولكن تجاوز حتى حققت نتائج تجريبية كبيرة، بما في ذلك العمل المنوي من جامعة طوكيوأستاذ أكيرا فيوروساوا، 52، الشركة الرائدة في مجال ميكانيكا الكم والحوسبة الكمومية.

لا تنخدع لهذا المصطلح.

كما هوالأمر يتمثل أكثر شعبية من قبل الخيال الفهمي الشهير الذي وضح من خلال التحريك في "ستار تريك"، عن طريق التخاطر ويتصور نقل كم من الأمور المادية من مكان إلى آخر.

ولكن لا شيء مادى يحدث له إنتنطق في التحريك بالتخاطر الكمى: الشيء الوحيد هونقل المعلومات الكمومية، في الحالة الكمية التى تتمخض في إنتنطق فوتون واحد يؤثر على الفور في حالة فوتون آخر في مكان بعيد.

من الناحية النظرية، إنه يشبه قليلا عملية إرسال فاكس، ولكن إرسال المعلومات الكمومية يدمر الشىء الأصلي، وذلك بسبب قوانين الفيزياء الكمومية.

آسف، أينشتاين

أجري فيوروساوا أول تجاربه الناجحة حول الإنتنطق البعدى الكمومي في عام 1998. ونطق انه كان في إجازة من عمله في مختبر أبحاث نيكون ويدرس في الولايات المتحدة في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في مختبر جيف كيمبل.

جذب التقرير بخصوص ذلك النجاح في مجلة ساينس الفهمية الاهتمام العالمي لأن التجارب استندت إلى نظرية تشابك الكم، والتي يعتقد حتى تشكك ألبرت أينشتاين كان في غير موضعه.

تشابك الكم هوظاهرة تحدث للأزواج من الفوتونات أوالجسيمات الأخرى التي تم إنشاؤها في نفس الوقت. مهما كانت بعيدة عن بعضها البعض بحيث يكمن اثنين من الجزيئات "متشابكين" في نهاية المطاف، وفي لحظة حدوث حتى المعلومات الكمومية في واحد منهما يتم تبديل، فإن المعلومات في الجهة الأخرى تتغير أيضا.

آينشتاين نفسه هوأول طرح فكرة تشابك الكم ولكنه كان يشكك في أنها موجودة حقا، نافيا ظاهرة بأنها "عمل مجفل عن بعد". وقد أثبتت تجارب فيوروساوا تحريك تخاطر الكم خلاف ماإعتقد ألبرت أينشتاين.

التجارب، التي من أجلها بني فيوروساوا جهازا يضم أكثر من 100 من العدسات وعدد من الأجهزة لاستخراج الفوتونات. انه استخدم هذا الإعداد لإنشاء أزواج من الفوتونات من فوتونات فردية ومن ثم إلى تأكيد أنه عندما تضاف معلومات محددة إلى فوتون واحد من الزوج، فإن المعلومات يتم نقلها على الفور إلى الفوتون الآخر.

"يمكننا الآن التحقق من صحة نظرية أينشتاين التي جحد حدوثها" نطق فيوروساوا.

خبرة فيوروساوا هى في الخصائص الفيزيائية لمواد أشباه الموصلات، ولكنه عندما انضم إلى نيكون بعد استكمال دراساته العليا، نطق انه بدأ البحث في مجال البصريات الكمومية. "أردت حتى أعمل شيئا لم يكن أحد آخر قد فكر بالقيام به"، نطق وقرر حتى يمضى إلى الولايات المتحدة في عام 1996 للدراسة في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا مع كيمبل، الذي كان في طليعة معاهد البصريات الكمومية، لأنه "يريد حتى يجرى تجاربه العملية في أعلى مختبر من نوعه في العالم."

خلفيته في مواد أشباه الموصلات ثبت أنها لا تقدر بثمن، حيث سمحت له حتى يقدم التجارب المشتملة على تحريك التخاطر الكمومى في مؤتمر دولي في فهم البصريات الكمومية بعد عامين فقط من انتنطقه إلى الولايات المتحدة "لقد كنت حقا مجرد باحث هاوى في مجال البصريات الكمومية، ولكنى أدركت بشكل منهجي الدوائر والتحكم في الآليات المطلوبة للتجارب ".

مع هذا النجاح في متناول اليد، قرر فيوروساوا العودة إلى اليابان في عام 1998، حيث قد فهم حتى نيكون قد أغلق مختبر أبحاث نيكون بسبب الركود.وشعر بالإحباط، ونطق انه استنطق من نيكون في عام 2000وتقدم بطلب للحصول على منصب أستاذ مساعد في جامعة طوكيو. ونطق انه حصل على الوظيفة ويرجع ذلك جزئيا إلى كون مجلة العلوم قد اختارت تحريك التخاطر الكمومى باعتباره واحدا من أكبر عشر اختراقات من عام 1998. "كنت محظوظا للغاية"، نطق ذلك فيوروساوا مع ابتسامة.

إزالة العقبات

في الاتصالات البصرية الحديثة، نبضات الضوء تنتقل على طول حزم من الألياف البصرية تحمل المعلومات. ولكن لأن الضوء يضعف ، أويعتريه الوهن ، على مدى المسافات ،فإنه لا بد من وجود مضخمات على طول رحلتها باستخدام أجهزة التكرار. هذه العملية تستهلك كميات هائلة من الطاقة الكهربائية.

وسوف يخفض استهلاك الطاقة إلى حد كبير بظهور الحواسيب الكمومية، لأن هذه الآلات يمكن قراءة المعلومات حتى من قبل الضوء الشديد الخفوت.

بالنظر إلى المسيرة نحوكميات أكبر من أي وقت مضى من البيانات التي يتم معالجتها تنتقل بسرعة بشكل أسرع وذلك أمر لامفر منه ، من أي وقت مضى , عند تلك النقطة يعتبر تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية حاجة العصر.

منذ انضمامه لجامعة طوكيو، واصل فيوروساوا مشواره لتوسيع إمكانيات تحريك تخاطر الكمومى في السبل التي من شأنها المساعدة في تحقيق مثل هذه الحواسيب لتصبح أقرب إلى الواقع.

في عام 2004، نطق انه عرض ما يسمى بشبكة تحريك تخاطر الكم مع تشابك الكم المشهجرة بين ثلاثة أطراف ونطق انه في عام 2009 أمكنه توسيع هذه الشبكة لتسعة أطراف.

في شهر آب من عام 2013، وضع فيوروساوا وسيلة لتحسين كفاءة نقل تحريك تخاطر الكم. "إن القدرة على نقل المعلومات بطريقة ذات كفاءة عالية يمكن حتى تزيد بشكل كبير من قدرات معالجة البيانات وتؤدي إلى الاستخدام العملي لأجهزة الكمبيوتر الكمومية" ، هكذا أوضح.

في الاجهزة التقليدية لتحريك التخاطر الكمومى ، فإن الفوتونات فقط كانت تحمل معلومات لا تتعدى حتى 1٪ من المعلومات التي يمكن إرسالها. ولكن أيضا باستخدام الموجات الضوئية لنقل المعلومات، فقد كان ذلك مؤشرا لزيادة كفاءة النقل إلى نحو60٪ هكذا أوضح فيوروساوا.

وفى تجارب أغسطس وضع فيوروساوا جميع ما لديه من الخبرة والفهم اللازمة لمهمة تصميم الجهاز ، وبناء جدولا بصريا مزودا بأكثر من 500 من العدسات والمرايا وأجهزة بصرية أخرى. وعلى الرغم من العشوائية في المظهر، فقد كانت المرايا والعدسات المتنوعة قد وضعت بالضبط لمرور ضوء الليزر.

اتى تقدما هاما آخر في نوفمبر تشرين الثاني من عام 2013، عندما اعتمد فيوروساوا طريقة لمضاعفة التشابك الكمومى الضوئي لتوليد أكثر من 16،000 من الوسائط ، والذي كان ثلاثة أوامر من حجم أكبر من السابق أكبر حالة متشابكة من 14 وسائط .

لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومى تتناول المعلومات على هيئة بتات كمومية أو qubits ، بدلا من البتات العادية، فإنها تعد بقدرات مذهلة من طحن البيانات متجاوزة بكثير حتى أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم.

كان الإنجاز في نوفمبر تشرين الثاني لفيوروساوا مهما لأنها عبرت أكثر عقبة نحوتطوير العملية من أجهزة الكمبيوتر الكمومية. الحالات الأكثر تشابكا تسمح للانتنطق لحجم أكبر ومعالجة للمعلومات أسرع، وفقا لفيوروساوا "لم يعد هناك أي حدود لمدى يمكن إنشاء الكثير من الحالات أوالعقد المتشابكة".

بطبيعة الحال، فيوروساوا ليس وحده في الدراسه، والبحث نحوتحقيق أجهزة الكمبيوتر الكمومية هوالتقاط البخار في أماكن أخرى في اليابان أيضا.

وقد وضعت مختبرات البحوث الأساسية NTT وسيلة للقضاء على الفجوة الزمنية التي تنشأ أثناء المعالجة عن طريق مواءمة الفوتونات التى تستخدم للحسابات.

رايكن وNEC وفي الوقت ذاته، وضعا التكنولوجيا لقراءة أكثر دقة للمعلومات. باستخدام دوائر مصنوعة من مادة فائقة التوصيل لمنع الضوضاء التي يمكن حتى تغير حالة ال qubits , إلى غير ذلك يمكن إعداد تحديد تلك الحالات مع دقة تصل إلى 90٪.

فيوروساوا عنده حماسة لا حدود لها، ولكنه أيضا واقعي. واضاف "اننا لا تزال بعيدا"، هكذا يحذر.

ويلاحظ فيوروساوا حتى أجهزة الكمبيوتر الكمومية مهمة ليس فقط بسبب قدرات معالجة البيانات المذهلة الخاصة بها. "نحن في خضم انفجار في المعلومات، والكهرباء التي تستهلكها أجهزة الحواسيب آخذة في الارتفاع إذا نحن أصبحنا ندرك ماهية أجهزة الحواسيب الكمومية، فحينئذ نحن يمكننا حتى تقلل من عدد الملقمات أوالسرفرات في العملية وتحقق أيضا الأداء العالي ، حيث إتصالات منخفضة الطاقة، ونحن يمكن تحقيق شبكة الاتصالات التي هي أخف وطأة على الأرض ".