كشف مجموعةٌ من الباحثين في الصين عن إنجاز أول شبكة متكاملة للاتصالات الكمومية في العالم، مؤكدين ريادة الصين وتفوقها في مجال الاتصالات والحوسبة الكمومية
حول الخبر
قام مجموعة من العلماء من جامعة العلوم والتقنية في الصين بتأسيس أول شبكة متكاملة للاتصالات الكمومية في العالم، وذلك باستخدام مجموعة من الكبلات الضوئية البالغ عددها 700 بالإضافة لقاعدتي اتصال أرضي-فضائي Ground-to-Satellite Link ليتمكنوا من توزيع مفاتيح اتصال كمومية، وهو ما أدى بالنتيجة لتغطية مساحة قدرها 4600 كيلومتر يمكن للمستخدمين عبرها التواصل عبر هذه الشبكة.
الاتصالات الكمومية : لا مخاوف من الاختراق
تتميز معايير الاتصالات الكمومية عن تلك المستخدمة في الوقت الحاليّ بكونها غير قابلة للاختراق، أو على الأقل من الناحية النظرية، ولذلك تُعتبر معايير التشفير المعتمدة على نظم الاتصالات الكمومية أحد أفضل الخيارات من أجل تأمين عمليات تبادل معلومات موثوقة في مجالات مثل الخدمات المصرفية وخطوط نقل الطاقة الكهربائية.
- اقرأوا أيضاً: ما هي الحواسيب الكمومية، وكيف تعمل؟
وفي مجال الاتصالات الكمومية، تُعتبر عملية توزيع المفاتيح الكمومية Quantum Key Distribution أحد الأمور الأساسية (والمعروفة اختصاراً باسم QKD)، حيث يتم الاعتماد على الحالة الكمومية لأحد الجسيمات مثل الفوتونات لتشكيل سلسلة من الأصفار والواحدات التي تمثل مفتاح التشفير الخاص بقناة الاتصال؛ هذا يعني أن عملية تشفير الرسائل ضمن قنوات الاتصال تعتمد على الحالة الكمومية للجسيمات. في حال حصول تنصت على قناة الاتصال بين المرسل والمستقبل فإن الحالة الكمومية للجسيم ستتغير، وبالتالي ستتغير سلسلة الأصفار والواحدات وهكذا سيكون بالإمكان معرفة وتحديد حصول اختراق أو تنصت على القناة.
شبكة اتصالات كمومية متكاملة: خطوة أخرى نحو المستقبل
تعتمد معظم تقنيات إنشاء وتوزيع المفاتيح الكمومية على الكبلات الضوئية من أجل تحقيق تواصل ضمن مجال يبلغ بضعة مئات من الكيلومترات وتكمن المشكلة هنا بحصول ضياع مستمر للمعلومات على مسار قناة الاتصال. إحدى الطرق الأخرى في مجال توزيع المفاتيح الكمومية هي الاعتماد على الفضاء الخالي بين الأقمار الصناعية ومحطات الاتصال الأرضية لتحقيق قناة اتصال على مجال يبلغ مداه عدة آلاف من الكيلومترات، وسبق وأن تمكنت الصين من إطلاق أول قمر صناعي للاتصالات الكمومية سنة 2016 والذي تمت تسميته كيوس QUESS حيث حقق توزيع مفاتيح كمومية بين محطتين أرضيتين تبلغ المسافة بينهما 2600 كيلومتر، وفي 2017 تم إنجاز أول كبل ضوئي بطول 2000 كيلومتر بين مدينتي بيجينج وشنجهاي لتبادل مفاتيح الاتصال الكمومية.
الآن واعتماداً على حواكم وأجهزة تبديل عالية الوثوقية، تمكن الفريق البحثي من تحقيق تكامل ما بين شبكة الكبلات الضوئية والوصلات ما بين الأقمار الصناعية والمحطات الأرضية من أجل تخديم أكثر من 150 مستخدم في المجال الصناعي في الصين، حيث تضمنت قائمة المستفيدين من هذا النظام بنوك ومواقع لخدمات الحكومة الإلكترونية ومجال نقل الطاقة الكهربائية.
يُثبت هذا الإنجاز إمكانية استخدام تقنية الاتصالات الكمومية في المستقبل من أجل تطبيقات عملية واسعة النطاق، وبشكلٍ مماثل، من الممكن أيضاً تشكيل شبكة عالمية للاتصالات الكمومية في حال ضم شبكات الاتصالات الكمومية المحلية المبنية على مستوى الدول، وذلك بعد أن يتم إنجاز تعاون بين الشركات والجامعات والمراكز البحثية من أجل إصدار معايير وبروتوكولات تواصل كمومية متوافق عليها على الصعيد العالمي.
قام الفريق البحثي في الصين خلال السنوات السابقة والمسؤول عن هذا الإنجاز بإجراء اختبارات مكثفة بهدف تحسين الأجزاء المختلفة التي تتكون منها شبكة الاتصالات الكمومية المتكاملة، وعلى سبيل المثال، ساهمت التحسينات الهادفة إلى زيادة تردد النظام والحصول على معايير تبادل مفاتيح كمومية ذات كفاءة عالية بالحصول على معدل توليد مفاتيح كمومية قدره 47.8 كيلوبت بالثانية الواحدة، وهو معدل أعلى بـ 40 مرة من المعدلات السابقة. تمكن الفريق أيضاً من تعزيز قدرة تبادل المفاتيح الكمومية للمحطات الأرضية لتتجاوز مسافة 500 كيلومتر عبر تقنيةٍ تُدعى تبادل المفاتيح الكمومية ثنائية الحقل Twin-Field QKD.
يهدف الفريق إلى توسيع شبكة الاتصالات الكمومية التي تم إنشاؤها في الصين بالتعاون مع شركاء عالميين من النمسا وإيطاليا وروسيا وكندا، كما يعملون على إنشاء أقمار صناعية صغيرة الحجم وذات كفاءة عالية لإنجاز عمليات تبادل المفاتيح الكمومية، بالإضافة لأقمار صناعية متوسطة وكبيرة الحجم من أجل تحقيق قنوات اتصال تعتمد على تبادل المفاتيح الكمومية لمسافات تتجاوز عشرات آلاف الكيلومترات وتعمل بشكلٍ مستمر.
تم نشر نتائج البحث الجديد وتفاصيله ضمن ورقةٍ علمية في دورية نيتشر.
المصدر: [Phys.org]
