מדעני מחשבים מהולנד הצליחו ליצור תקשורת יעילה בין שלושה מחשבים קוונטיים בסיסיים – פתח אפשרי ליצירת רשתות מורכבות הרבה יותר בעתיד

מדענים מאוניברסיטת דֶלְפְט בהולנד הצליחו ליצור לראשונה רשת קוונטית של שלושה מחשבים. הציפייה היא שלרשתות כאלה יהיו יישומים רבים ומגוונים בעתיד הלא רחוק, כגון תקשורת מוגנת מהאזנות סתר, יצירת אמצעי הצפנה משופרים, יצירת חיישנים איכותיים ואפילו בחינה של עקרונות בסיסיים במכניקת הקוונטים עצמה.

רשת קוונטית היא מערכת שעובר בה מידע שנישא על ידי מערכת קוונטית, או שהתקשורת בה מבוססת על שזירה קוונטית – תופעה שבה שני חלקיקים קשורים זה בזה באופן שבו שינוי בתכונה קוונטית כלשהי של אחד מהם יגרור שינוי מיידי בתכונה של השני, שצומד אליו מראש, גם אם הם מרוחקים זה מזה. לדוגמה, אפשר להיעזר ברשת כזאת כדי ליצור תקשורת מוגנת מהאזנות סתר. 

יחידת המידע הבסיסית במחשבים אלקטרוניים רגילים נקראת ביט ויש לה שני מצבים אפשריים, שמכונים "0" ו-"1". מחשבים קוונטיים, לעומת זאת, משתמשים בסוג אחר של יחידות שנקראות קיוביטים, ומבוססים על התכונות הקוונטיות של חלקיקים. באמצעות שזירה קוונטית אפשר ליצור זוג קיוביטים שזורים ולשלב כל אחד מהם במחשב אחר. כך, כשהמשתמש באחד המחשבים יעשה פעולה שמשפיעה על הקיוביט השזור שלו, גם הקיוביט השזור השני ישנה את מצבו. בדרך כזאת אפשר לכאורה להעביר מידע ממחשב למחשב בלי צורך לשלוח אותו באינטרנט או בסיב תקשורת אחר.

המחשב הקוונטי של חברת IBM | צילום: Boykov, Shutterstock
עד כה רשתות קוונטיות כללו רק שני מחשבים. המחשב הקוונטי של חברת IBM | צילום: Boykov, Shutterstock

שזירה מורכבת

עד כה הצליחו ליצור, במסגרת ניסוי, תקשורת קוונטית המבוססת על שזירה בין שני אתרים רחוקים בלבד, כלומר רק שני מחשבים קוונטיים. הרחבה של הרשת למחשבים נוספים דרשה לשלוט בכל חיבור ברשת בנפרד, וחשפה את הרשת לאי-דיוקים רבים.

במאמר החדש הציגו החוקרים לראשונה שיטה המשלבת את החיבורים בין כמה מחשבים ומאפשרת להרחיב את מספרם ברשת. השיטה הודגמה על שלושה מחשבים, אבל את העיקרון שבו השתמשו החוקרים אפשר להלכה להרחיב גם למחשבים נוספים. הקיוביטים במחשבים שבהם השתמשו בניסוי נעשו מיהלומים.

לפעמים חלק מאטומי הפחמן ביהלומים מוחלפים באטומים אחרים ויוצרים "זיהום". אחד הזיהומים האלה הוא החלפת שני אטומי פחמן באטום חנקן בודד, כך שבסמוך לאטום החנקן ביהלום נוצר חור. החור הזה יכול להיות באחד משני מצבי תנע זוויתי – עם כיוון השעון או נגדו, ואלו הם שני המצבים הבסיסיים.

התקשורת הרגילה בין המחשבים נעשית על סיבים אופטיים שבהם עוברים פוטונים – חלקיקי אור בודדים. כמו כן, באמצעותה אפשר לחדש את השזירה של הקיוביטים במחשבים הרחוקים אחרי ש"השתמשנו" בה ומדדנו את הקיוביטים.

בניסוי הצליחו המדענים להפעיל (לממש) שני אלגוריתמים בסיסיים בין המחשבים. הראשון מביניהם הוא יצירת מצב שזור של שלושה קיוביטים משלושת המחשבים השונים, במקום שניים בלבד. האלגוריתם השני הוא יצירת מצב של שני קיוביטים שזורים בשני מחשבים שאינם מחוברים פיזית זה לזה, בתיווך המחשב השלישי המשמש מנהל רשת. האלגוריתמים שהוצגו פשוטים מאד, ובכל מחשב היו קיוביט בודד או שניים – רחוק מאוד מעשרות מיליארדי הביטים שיש בכל טלפון חכם פשוט, לא כל שכן במחשב אישי. עם זאת, עצם ההדגמה של האפשרות היא אבן בניין חשובה בדרך לפיתוח פעולות עיבוד מידע ותקשורת מורכבות יותר בעתיד.

הניסוי משמש הוכחת היתכנות חשובה לתחום משמעותי ורחב בטכנולוגיה הקוונטית. ממנו נוכל כנראה בעתיד להגדיל את מספר המחשבים ברשת ולהרחיב גם את מספר הקיוביטים בכל מחשב. כך תגדל משמעותית גם כמות המידע שעובר ברשת, ולייצר רשת קוונטית בעלת יתרונות חשובים על פני הרשתות הקלאסיות.

סרטון אנימציה שמסביר את הניסוי (באנגלית):

0 תגובות