أساسيات التبليغ الكمي والتطبيق العملي التطبيقات

إن الانتقال الكمي هو عملية تنقل المادة الكمية من موقع إلى آخر دون نقل الجسيم نفسه، وهو يعتمد على التشابك الكمي، وهو ظاهرة تترابط فيها جزئتان بحيث يؤثران في المستقبل على الآخر فوراً، بغض النظر عن المسافة، وينتقل هذا الأسلوب من مرحلة الإبلاغ المادي إلى مرحلة الوصلات الكمية التي يمكن أن يُستعان بها في المستقبل.

The Core Principles of Quantum Teleportation

عدد دول المزج والبيل

(أليس) تُرسل عن بعد كميّاً، وعندما تُصبح هناك اثنتان (كوانتوم) متشابكتان، لا يمكن وصف حكومتهما المشتركة بشكل مستقل؛ فهي تشكل نظاماً مشتركاً، وأكثر الولايات شيوعاً هي ولايات بيل: المادة 1 التي تُنفذ +)

بروتوكول النقل عن بعد

ويتألف بروتوكول النقل عن بعد من ثلاث خطوات هي: التشابك والقياس وإعادة البناء.

ومن المفارقات أن الدولة الأصلية قد دمرت أثناء قياس الجرس - وهذا يفي بنظرية عدم الإغراق التي تحظر تقديم نسخة كاملة من حالة كمية غير معروفة، وبالتالي فإن التليف عن بعد ينقل المعلومات الكمية بدلا من النسخ.

دور الاتصالات الكلاسيكية

فالاتصال الكلاسيكي لا غنى عنه في مجال النقل عن بعد كمي، وبدونه، لن يعرف بوب أي تحول موحد ينطبق، لأن المعلومات التقليدية لا يمكن أن تتجاوز سرعة الضوء، فإن الانتقال عن بعد لا يسمح بالاتصال السريع من الرحلة، بل إن القطعتين الكلاسيكيتين يسافران في أفضل الأحوال بسرعة الضوء، وبالتالي فإن العملية العامة تحترم النسبية، كما أن هذه القناة الكلاسيكية تستحدث تساهلا يحد من فعالية البروتوكولات القائمة على النقل عن بعد.

الاحتياجات التكنولوجية الرئيسية

الحفاظ على المشاركة

فالتشابك هش، فالتفاعلات مع البيئة تتسبب في التفكك، الذي يدمر الروابط الأساسية للنقل عن بعد، وللإبقاء على التشابك على المسافة، يستخدم الباحثون الألياف البصرية المنخفضة السقوط، أو وصلات الليزر الفضائية الحرة، أو حتى القنوات الساتلية، كما يستخدمون تقنيات مثل التفكك في الزوايا لتنقية الدول ذات الوجهة المتدهورة جزئيا (مثلا، التأثيرات التي تتجاوز مسافة الكيلومترات).

أجهزة الترميم الكمي والتنقل البعيد المدى

ويعاني نقل الصور المتشابكة مباشرة على الألياف البصرية الطويلة من فقدان هائل، ومن أجل التغلب على هذا، يقترح إعادة إرسال كمية، وتقسم أجهزة إعادة الإرسال الكمية المسافة الكلية إلى أجزاء أصغر، وتنشئ التشابك في كل جزء، ثم تقوم بتبادل النسيجات للربط بينها، وترسل بعد الكواتم إلى عملية أولية في هذه المفرقعات.

التطبيقات العملية فيما بعد النظرية

شبكات الاتصال الكمي

ويتيح الانتقال عن بعد الكمي نقلاً آمناً بين الدول التي توجد فيها وحدات في شبكة، وهذا أمر أساسي لبناء شبكة إلكترونية كمية يمكن فيها نقل الكوابت عن بعد بين أجهزة تجهيز الكمي، مما يتيح استخدام الحواسيب الكمية الموزعة والاتصالات المأمونة، وتقوم الشركات وأفرقة البحث في جميع أنحاء العالم بتطوير شبكات كمية متروبولية - مثلاً في هيفي (الصين)، وصور طوكيو، وأجهزة الاتصال الكمبريدج (الشبكة).

حاسوب كمي موزع

وقد تتألف الحواسيب الكميّة الكبيرة من مجهزات كمية أصغر حجماً متعددة مرتبطة بالنقل عن بعد، بدلاً من نقل المقادير المادية بين الشرائح، تنقلات التلغوية الكمية، مع الحفاظ على الاتساق، ويتيح هذا الهيكل التوسع في الوحدات وتصحيح الأخطاء بسهولة، فعلى سبيل المثال، يمكن للتنقل عن بعد أن ينفذ بوابات كمية بين العهود على مجهزين مختلفين معروفين بأجهزة نقل البوابات إلى خارج المدى القريب.

تحويل البيانات المضمونة (التحويل الرئيسي للكميات)

وفي حين أن التوزيع الكمي الرئيسي (QKD) يستند في كثير من الأحيان إلى النقل المباشر للمواقف، فإن الانتقال عن بعد يوفر بديلا: بروتوكول الكمبيوتر الكهرومي القائم على الترحال عن بعد، وفي هذا المخطط، تُنقل الدولة المتشابكة من أليس إلى بوب لإنشاء مفاتيح سرية، ولأن النقل عن بعد لا يعرض الدولة المحالة إلى القناة بنفس الطريقة، فإنه يمكن أن يكون أكثر قوة ضد بعض الهجمات والخسائر.

التحديات وجبهة البحوث الحالية

التضليل والخطأ

ويقاس نجاح النقل الكمي بواقعة التليفي - كيف تتطابق الدولة المبعدة بدقة مع الأصل، ويمكن تضاؤل النزعة الخبيثة عن طريق التشابك غير الدقيق، والخسارة أثناء النقل، والضوضاء في قياس الجرذان، وتتحقق التجارب الحديثة من الألياف فوق 90 في المائة، ولكن الوصول إلى 99.99 في المائة ضروري لشبكات كمية المسببة للخطأ، ويمكن استخدام رموز تعزيز نوعية الباحثين

رفع مستوى النقل عن بعد

ومعظم المظاهرات المتعلقة بالنقل عن بعد هي أحداث ذات طلق واحد: واحدة من المقذوفات التي يتم نقلها في وقت ما، ولكي تكون مفيدة، يجب أن تعمل النقل عن بعد بمعدلات عالية (مثل ملايين من المقادير المبثَّرة عن بعد في الثانية) ودعم الولايات المتعددة المدارات، وهذا يتطلب استخدام نسخ إلكترونية متعددة السرعة ومتزامنة دقيقة، ولا تزال التطورات الأخيرة في الأجهزة الهندسية المتكاملة وأجهزة تحديد النطاقات المحمولة إلى أدنى حد.

ساتلي - Teleportation

وقد شكلت تجارب الساتل " ميتشيوس " )2016-2020( معلماً بارزاً من خلال تحقيق الانتقال الكمي من محطة أرضية إلى الساتل والعكس بالعكس، واستخدمت هذه الاختبارات مصدراً متشابكاً من حيث الوصل، وأجريت قياسات من نوع بيل، ثم نقلت المعلومات الكمية الكلاسيكية لإعادة بناء الدولة، وأكدت النتائج الانتقال عن بعد إلى مسافة تصل إلى ٠٠٤ ١ كيلومتر مع وجود خصومات تفوق ٠٨ في المائة.

The Future of Quantum Teleportation

ومع تطور التكنولوجيا، فإن الانتقال عن بعد كمي سيتحول من المظاهرات المختبرية إلى البنية التحتية للعالم الحقيقي، كما أن التحالف الأوروبي لشبكة الإنترنت في الكينتوم، وخطة الولايات المتحدة للطاقة لشبكة إلكترونية كمية، وبرنامج الاختبارات الكمية للصين في مجال الاستشعار عن بعد، كلها تستثمر في شبكات قائمة على الانتقال عن بعد، وقد نرى خلال عقدا أول شبكة متكاملة لامساواة بين عدد من المدن.

وسيظل الجمع بين التشابك والقياس والاتصالات التقليدية التي تحدد النقل عن بعد عملية أساسية لتكنولوجيات الكمي، وفي حين أن الانتقال عن بعد إلى الأغراض الكلية لا يزال خيالا علميا، فإن القدرة على نقل الدول الكمية تفتح أبوابا موثوقة لتأمين الدبلوماسية، والحساب الموزع، وفهم أعمق للكون.

خاتمة

إن الانتقال من بعد الكمي هو أكثر بكثير من الفضول النظري، وهو بروتوكول عملي يسمح بنقل المعلومات الكمية دون نقل الجسيمات الناقلة، ومن خلال زيادة التشابك والتواصل الكلاسيكي، سيحل التقييد الأساسي لنظرية عدم الإغراق، وسيؤدي تطور الاختبار من كيلومترات الألياف إلى وصلات ساتلية بين القارات إلى تضييق نطاق الجدوى.

For further reading, see the original proposal by C. H. Bennett et al., “Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels”] (Physical Review Letters, 1993) and the recent demonstration of quantum Telportation over 143 km in free space.