امروزه یکی از تلاش های جاه طلبانه در فیزیک کوانتوم، ساخت یک شبکه ی کوانتومی در مقیاس بزرگ است که می تواند کل دنیا را تحت پوشش خود قرار دهد. این شبکه ی بزرگ به عنوان اینترنت کوانتومی شناخته می شود. با دیپ لوک همراه باشید… در پژوهش جدیدی که در ادامه بررسی می کنیم، فیزیکدانان، برای توصیف شبکه های کوانتومی از روشی جدید به کمک نمودارهای ریاضی استفاده کردند. در این روش، می توان فاصله ی انتقال اطلاعات کوانتومی را بهبود بخشید. این شبکه ی گسترده ی کوانتومی در مقایسه با شبکه های کلاسیکی، سرعت و امنیت بسیار بالاتری دارند. از آنجایی که تعداد زیادی دستگاه به این شبکه متصل شده و از این طریق، اطلاعات خود را مبادله می کنند، به آن اینترنت کوانتومی می گویند. اما در عین حال، تفاوتی اساسی بین اینترنت کوانتومی و کلاسیکی وجود دارد: قوانین حاکم بر اینترنت کوانتومی ، از جنس مکانیک کوانتومی، هستند؛ مثلا، اطلاعات می توانند در یک برهم نهی از حالت های پایه ای ۰ و ۱ قرار داشته باشند. فاکتورگیری عدد اول و ارتباطات رمزی از جمله مزیت های محاسبات کوانتومی نسبت به نسل کلاسیکی است. اما بزرگترین فایده ی شبکه های کوانتومی، توسعه ی سریع نظریه ی اطلاعات کوانتومی است.
اتفاق جالبی که در اینترنت کوانتومی ، رقم می خورد، ارسال ذرات درهم تنیده در طول مسافت های زیاد است. درهم تنیدگی ذرات در فواصل زیاد، مسئله ی بسیار چالش برانگیزی است زیرا ذرات تمایل دارند با افزایش فاصله (به طور نمایی)، واهمدوس شوند. در این پژوهش تازه که در New Journal of Physics منتشر شد، فیزیکدانان دانشگاه دوسلدورف آلمان، نشان دادند که با توصیف شبکه های کوانتومی به صورت نمودارهای انتزاعی ریاضی، می توان راهی برای بهینه کردن معماری شبکه های کوانتومی و عملی کردن درهم تنیدگی در فواصل دور بدست آورد.
یک شبکه، یک سیستم فیزیکی است، مثلا اینترنت. شبکه ها را می توان به صورت نمودارهای ریاضی انتزاعی توصیف کرد. در این توصیف، ساختار شبکه شامل گره هایی است که اطلاعات کوانتومی را از طریق لینک ها یا پیوندها مبادله می کنند و رئوسی که به وسیله ی مرزها به یکدیگر متصل شده اند. یکی از وظایف مهم شبکه های کوانتومی این است که حالت های درهم تنیده را در میان گره ها، توزیع کرده که بعد از آن به عنوان منبعی برای پروتکل های اطلاعاتی مختلف، استفاده شوند. در واقع نمایش نموداری اینترنت کوانتومی (که در شکل بالا می بینید)، حالت های کوانتومی توزیع شده را نشان می دهد. در زبان نمودارها، این حالت کوانتومی توزیع شده، یک حالت نموداری کوانتومی می شود. مزیت مهم توصیف نموداری حالت، این است که اجازه می دهد محققان شبکه های کوانتومی متفاوتی را که حالت کوانتومی یکسانی تولید می کنند، مقایسه کرده و ببینند که کدام شبکه در توزیع درهم تنیدگی در طول فواصل زیاد، بهتر عمل می کند.
تفاوت شبکه های کوانتومی در چگونگی استفاده ی آنها از تکرارکننده های کوانتومی، برمی گردد. تکرارکننده های کوانتومی، دقیقا همان کار همتایان کلاسیکی خود را انجام می دهند، یعنی دستگاه هایی هستند که بُرد (یا گستره ی) ارتباطات کوانتومی از فرستنده تا گیرنده را افزایش می دهند. در واقع آنها درهم تنیدگی را در طول فواصل زیاد، توزیع می کنند و این کار را با تقسیم کردن فواصل بزرگ به فواصل کوتاهتر انجام می دهند.
محققان در نمایش نموداری خود، یک حالت درهم تنیده را با یک راس نشان دادند که هم دارای گره و هم دارای تکرارکننده ی کوانتومی است. آنها سپس نشان دادند با اندازه گیری در تکرارکننده، چگونه این حالت نموداری، تغییر می کند. در اثر این تغییر، تکرارکننده ی کوانتومی از راس، حذف شده و بنابراین فقط گره های شبکه به عنوان حالت کوانتومی نهایی در راس، باقی می مانند. در حالت نموداری نهایی، وزن لبه ها متناظر با تعداد تکرارکننده های کوانتومی و میزان دور بودن آنهاست. در نتیجه، با تعویض وزن لبه ها، می توان رویکرد جدید را برای افزایش سرعت یا امنیت، بهبود ببخشید. به زبان ساده تر، به کمک این روش می توان بهترین راه استفاده از تکرارکننده های کوانتومی برای رسیدن به درهم تنیدگی در فواصل دور برای شبکه های کوانتومی مقیاس بزرگ را تعیین کرد. محققان تلاش می کنند تا در آینده، این طرح را به صورت عملی اجرا کنند و نتایج آن را برای یک تحقیق جدیدتر در زمینه ی شبکه ی کوانتومی که می تواند خطاهای ماکروسکوپی را کاهش دهد، استفاده کنند.
