Table of Contents

وتنتقل تكنولوجيا الاتصالات الكمي بسرعة من الوعود النظرية إلى النشر العملي، مما يوفر مستوى غير مطابق للأمن عن طريق تعزيز المبادئ الأساسية لآليات القياس الكمي، ومع تزايد الطلب على الاتصالات التي تُوفر ضد المحاصيل في القطاعات العسكرية والدبلوماسية والتجارية، أصبح تطوير أجهزة محمولة مناسبة للاستخدام الميداني معلما حاسما، حيث تستكشف هذه المادة التحديات التقنية، والاختراقات التي حدثت مؤخرا، والتطبيقات المستقبلية للتقليل إلى أدنى حد من مسار الاتصالات.

أهمية قابلية النقل في الاتصالات الكينتومية

إن نظم الاتصالات الكمي التقليدية كبيرة، ومجهزات غسيل الطاقة المحصورة على غرف نظافة مختبرية أو مرافق متخصصة، وبينما تبين هذه النظم الفيزياء الأساسية - توزيع النسيج، والتوزيع الرئيسي الكمي، والنقل عن بعد كمي - فهي غير عملية بالنسبة للعمليات المتنقلة والمخصصة التي يحتاجها الموظفون الميدانيون، أو أفرقة الاستجابة للكوارث، أو الوحدات العسكرية التكتيكية التي تُضفي الضرر على بيئة الاتصال الكمي.

يمكن لجهاز محمول من أجهزة إعادة الإرسال أن يُنشئ موقعين ميدانيين يُستخدمان مفتاحاً مُشتركاً في مجال الوصلات البصرية للفضاء الحر، حتى في المناطق الحضرية أو البرية المُتسرّعة، وبالمثل، يمكن لمُعيدي أجهزة إعادة الإرسال المحمولة أن يمدّدوا شبكات آمنة إلى مناطق نائية دون الاعتماد على التشفير الكلاسيكي الذي قد يُكسر بواسطة الحواسيب الكمية المقبلة.

التحديات التقنية الأساسية في مجال تطوير الأجهزة النقالة

إن تقليل نظم الاتصالات الكميائية إلى أدنى حد مع الحفاظ على الأداء يشكل تحديا هندسيا متعدد الجوانب، وتطالب أربعة مجالات رئيسية بإيجاد حلول مبتكرة:

التقليل من عدد العناصر الكينتومية

() المصادر الكمية - مثل الأزواج المتشابكة للصور أو المرارة ذات الفوفون الواحد - تعتمد تقليدياً على الآفات السائبة ونظم الليزر الكبيرة.() ويستلزم فرز هذه المواد إلى الحجم الرقائقي إدماج البلورات غير الساحلية، والمزودات الدقيقة، وأجهزة الكشف عن الفسارات الوحيدة في دوائر التصوير الضوئي المدمجة.() ويُجري باحثون في مؤسسات مثل المعهد الوطني للمقاييس والتكنولوجيا

الحفاظ على الاتساق الكمي في البيئات المتغيرة

فالدول الكهرمائية هشة للغاية، فالتقلبات والتذبذبات والتداخل الكهرومغناطيسي يمكن أن تدمر بسرعة الاتساق، فالبيئات الميدانية تعرض الأجهزة إلى أقصى درجات الحرارة في الهواء الطلق، والصدمات الناجمة عن النقل، والضوضاء على الترددات اللاسلكية من الأجهزة الإلكترونية القريبة، ويجب أن تشمل النظم المحمولة تثبيتا نشطا - مثل أجهزة التبريد الحرارية، والضوضاء العزلة، والتداوي، دون إضافة عوامل تعويط المفرطة في الوزن أو استكشاف الطاقة.

ضمان مصادر القوة الآلية

Many quantum subsystems - lasers, single‐photon detectors, control electronics - require stable, low-noise power. Batteries must provide sufficient energy for extended field missions ( hours to days) without add prohibitive weight. Advances in solid —state batteries and energy harvesting (e.g. from solar or thermoelectric sources) are being incorporated into system designs.

تطوير واجهات ملائمة للمستعملين

فالأجهزة العاملة في الميدان ليست فيزياء كمية، ويجب أن تتضمن أجهزة القياس واجهات غير ملائمة - أي ضوابط الشاشة البسيطة، وإجراءات المواءمة الآلية، ومؤشرات الوضع في الوقت الحقيقي، وكثيرا ما يتطلب الاتصال الكمي مواءمة بصرية دقيقة بين جهاز الإرسال والاستقبال.

آخر التطورات في أجهزة النبض النقال

وخلال السنوات الخمس الماضية، أحدثت عدة إنجازات اتصالات كمية من حيث الشكل من المفهوم إلى نماذج العمل، وهذه التطورات تحفز على استخدام صور متكاملة، وعناصر منصات الرقائق، وتقنيات التغليف الجديدة.

Chip —Scale Quantum Processors and Sources

وقد مكّنت الصور المصوّرة من دمج المصادر الكمّية الضوئية، وأجهزة الموجات، والمناقلات، وأجهزة الكشف الوحيدة عن الفوتونية على رقاقة واحدة، وقد أظهرت شركات مثل PsiQuantum و) Xanadu مجهزات للصور الضوئية يمكن تشغيلها خارجاً

وقد وضع باحثون في جامعة بريستول ] شريحة تصويرية قابلة لإعادة التشكيل يمكن معالجتها تصل إلى 40 ساعة من ساعات العمل - بما يكفي للشبكات الكمية الميدانية العملية (انظر ]Bristol quantumters news).

الدائرة الهوائية المتكاملة للتحكم في المواد الكيميائية المحمولة

ومن أكثر النظم التي تستخدم فيها أجهزة التكتل المحمولة تطوراً، نظام " QKD " (FLT:0)) و " FLT " (Optical Fiber Research) و " الشركاء في أوروبا " ، حيث تستخدم أجهزة التكتل المجهزة في حقائبها دائرة متكاملة تماماً من أجل توليد واختبارات كمية، وهي تدعم وصلات فضائية قائمة على الألياف ومجانية، وتتحول تلقائياً بين أجهزة العرض.

أجهزة التوزيع الرئيسية المتنقلة في العمل

وقد جلبت عدة شركات بالفعل أجهزة محمولة من طراز QKD إلى السوق. ID Quantique] تعرض هذه المحاولات [FLK] Serberis XG]، التي تشمل جهازاً مدمجاً لنقل الـ KKD يمكن تركيبه في وحدة المسار 1U أو نقله في حالة مصفحة مصفحة مصفحة([5])

ومن الضروري بالنسبة للاستخدام الميداني المتنقل حقاً، وجود وصلات بصرية بحرية في الفضاء، وقد أدى التقدم الأخير في مجال التكييف الضوئي وتتبع الخوارزميات إلى زيادة قوة نظم التحكم الحر المحمولة في الفضاء، وفي عام 2022، قام فريق من جامعة العلم والتكنولوجيا الصينية [FLT: dr1] بإنشاء شبكة صورية محمولة ذات قدرة محدودة، تُستخدم في مجموعة من مواقع الكشف عن الكوارث.

دراسات الحالة: الاتصالات في المدار المحمول بالكميات

كربونات الكبريت المجانية بين المركبات المتحركة

وكان الباحثون في المعهد النمساوي للتكنولوجيا و ] و] عدد قليل من التطبيقات الاستخباراتية ذات الصلة بالكميات، التي ثبتت سرعتها في مجال الاتصالات، قد بلغ 30 كيلومتراً.

أجهزة اعادة إرسال محمولة من طراز كوانتوم إلى الشبكة

ويحتاج الأمر إلى أجهزة إعادة إرسال كمية لتمديد الاتصالات الآمنة إلى ما يتجاوز نطاق الاتصال المباشر (يقتصر على نحو ثابت على مسافة 100 كيلومتر للألياف أو على مسافة 10 كيلومترات في الفضاء الحر) أما نظاماً للربط الشبكي الأوروبي ، فقد وضع " جهاز إعادة تصميم الكمي القابل للتداول " على أساس مسحة من نوع النسيج.

الآفاق المستقبلية: نحو الاتصال بالكميات المحمولة

إن رؤية الأجهزة الكمية المحمولة للاستخدام الميداني اليومي تدفع البحوث الجارية، وتبشر عدة مجالات بمزيد من التقدم:

التكامل مع الشبكات المتنقلة 5G/6G

وسيلزم أن تتداخل الأجهزة الكمية المحمولة مع الهياكل الأساسية للاتصالات القائمة، ويستكشف الباحثون كيف يمكن إدماج الـ دي كيه في 5 جي من الخلايا الصغيرة وفي محطات قاعدية من طراز 6G، مما يتيح الاتصالات المتنقلة التي تكون مؤمنة من حيث النهايات الكمية، ويمكن أن يكون عقدا كميا محمولا بمثابة " نقطة حرارة " تولد مفاتيح للأجهزة القريبة، مثل نقطة الوصول إلى شبكة ويفي.

شبكات الكواتم والمستقبل المحمول بواسطة السواتل

وقد ثبت أن الساتل QKD (مثل الساتل الصيني " Micius " )، ولكن المحطات الأرضية لا تزال كبيرة، حيث يمكن أن تكتسب أجهزة استقبال ساتلية محمولة يمكن أن تقتنى نبضات كمية من المدار المنخفض الأرضي وتتعقبها، مما يتيح للوكلاء الميدانيين الحصول على مفاتيح آمنة من ساتل، مما يتجاوز الهياكل الأساسية المحلية تماما.

Energy Harvesting and True Portability

إن القضاء على الحاجة إلى البطاريات هو الهدف النهائي، إذ يقوم الباحثون بتجريب عقد اتصالات كمية تعمل بالطاقة الشمسية يمكن أن تعاد شحنها أثناء النهار وأن تعمل على الطاقة المخزنة في الليل، كما يمكن للمولدات الكهربائية الحرارية أن تجني حرارة النفايات من الإلكترونيات، وإذا نجح ذلك، فإن هذه النهج ستمكن من استخدام أجهزة كمية محمولة إلى أجل غير مسمى للاستشعار عن بعد وتأمين الاتصالات في المواقع الخارجية.

الآثار المترتبة على التعليم والأمن

وسيؤدي توافر أجهزة كمية محمولة ميسورة التكلفة وميسرة الاستخدام إلى إحداث تحول في كل من التعليم والأمن الوطني.

تعليم الكينتوما

(ج) استخدام أجهزة محمولة من مادة الـ (CKD) في مختبرات الجامعات لتعليم التحلل الكمي والهندسة، ويمكن للطلاب إقامة صلة كمية بين خنادق مختبرية وقياس المعدلات الرئيسية ومراقبة آثار الضوضاء على المخرجات المضمونة، حيث يمكن للأجهزة التقلصية أن تصبح معدات قياسية في المناهج الميكانيكية والهندسية، مثلاً في حالة KFactive University.

National Security and Intelligence Applications

وترى الوكالات الحكومية أن الاتصال الكمي المحمول أداة حاسمة لحماية المعلومات الحساسة، ويمكن أن تضمن شرطة كوسوفو المحمولة الكابلات الدبلوماسية، والإحاطات الإعلامية، والروابط بين القيادة والتحكم في كل من التهديدات الإلكترونية الحالية والمقبلة (بما في ذلك الحواسيب الكمي)، كما أن القدرة على توليد وتوزيع المفاتيح في الموقع، دون الثقة بسلطة رئيسية مركزية، تزيل نقطة ضعف مشتركة، كما يمكن استخدام أجهزة القياس الكمي المحمولة في محاولة لضبط أجهزة الإرسال.

خدمات المشاهير التجارية

وتستكشف المصارف والشركات القانونية ومقدمو السحب أجهزة كمية محمولة للمعاملات ذات القيمة العالية ونقل البيانات، ويمكن أن تُدمج دونغل محمول من نوع QKD في حاسوب محمول لإقامة صلة آمنة مع خادم عن بعد، وضمان السرية الأمامية، كما أن عدة محركات من نوع البداية تقوم بتطوير مولدات عشوائية من نوع يو بي بي بي بي سي بي ويمكن إدماجها في أجهزة التبريد المحمولة.

خاتمة

إن تطوير أجهزة اتصال كمية محمولة للاستخدام الميداني لم يعد طموحا بعيد المنال - بل هو واقع هندسي سريع التطور، وعلى الرغم من التحديات الهائلة التي تواجه تقليل حجمها، أو القدرة البيئية، أو إدارة الطاقة، وتصميم واجهة المستعملين، والتقدم الذي أحرز مؤخرا في مجال التصوير الضوئي، والفضائي المجاني، والتتبع التكييفي، ستنتج نماذج عمل تناسب في حقيبة أو عبوات احتياطية أو حمولة متحركة.