ماهواره‌ی چینی گامی بلند در راه اینترنت کوانتومی است. فضاپیمای چین قرار است در ماه آگوست پرتاب شود تا اولین آزمایش کوانتومی فضایی را اجرا کند.
چین آماده است تا اولین ماهواره‌ی طراحی شده برای آزمایش‌های کوانتومی را به فضا بفرستد. یک موشک تیزپا که قابلیت حمل تجهیزات آزمایش‌های کوانتومی را دارد، این ماهواره را پرتاب می‌کند. برای اولین بار است که تعداد بیشتری از ماهواره‌های چینی می‌توانند با یکدیگر یک شبکه‌ی فوق امن ارتباطی را بسازند و به طور با القوه با مردم سراسر جهان ارتباط برقرار کنند. از طرفی کشورهای کانادا، ژاپن، ایتالیا و سنگاپور هم برنامه‌هایی برای اجرای آزمایشات کوانتومی در فضا دارند.
چائویانگ لو (Chaoyang Lu)، فیزیکدان دانشگاه علم و فناوری چین (University of Science and Technology of China) در شهر هیفی که در پروژه‌ی ماهواره همکاری می‌کند می‌گوید: «به عقیده‌ی من قطعاً در این زمینه رقابتی میان کشورها به وجود آمده است.» این موشک ۶۰۰ کیلوگرمی، آخرین دستاورد علوم فضایی کشور چین است که از ایستگاه پرتاب جیکوان در ماه آگوست به فضا پرتاب خواهد شد. آکادمی علوم چین و آکادمی علوم اتریش با یکدیگر در این مأموریت ۱۰۰ میلیون دلاری همکاری می‌کنند.
ارتباطات کوانتومی بسیار امن است. زیرا هرکس که در این فضا جاسوسی کند به سرعت قابل تشخیص است. دو گروه از افراد می‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند و این ارتباط در امنیت کامل باشد. این کار به وسیله‌ی اشتراک یک کلید رمزنگاری صورت می‌گیرد که در قطبش رشته‌ای از فوتون‌ها کدگذاری شده است و با استفاده از آن امکان هرگونه استراق سمع منتفی است.
تاکنون، دانشمندان موفق شده‌اند یک شبکه‌ی ارتباط کوانتومی به اندازه‌ی ۳۰۰ کیلومتر را ایجاد کنند. فوتون‌ها از طریق فیبرهای نوری حرکت می‌کنند، هوای مجاور، جذب یا پراکنده می‌شود و یک سیگنال را در حالی تقویت می‌کند که نگه‌داشتن حالت کوانتومی یک فوتون کار بسیار دشواری اشت. محققان چینی امیدوارند که انتقال فوتون از طریق فضا بتواند فواصل ارتباط کوانتومی را بیشتر کند. زیرا در فضا خلأ حاکم است و فوتون‌ها راحت‌تر می‌توانند منتقل شوند.
در قلب ماهواره‌ی چینی یک کریستال وجود دارد که جفت‌های فوتون درهم‌تنیده را تولید می‌کند. فوتون‌های درهم‌تنیده همواره و بدون توجه به فاصله‌ی بینشان با یکدیگر خواص مشترکی دارند. اولین وظیفه‌ی موشک مأموریت، برانگیختن فوتون‌هایی است که به همراه دارد. جفت‌های درهم‌تنیده‌ی این فوتون‌ها در شهرهای بیجینگ و وین قرار دارند و برای ساخت کلید امنیتی استفاده می‌شوند.
همچنین گروه پژوهشی در طول این مأموریت دو ساله تصمیم دارند یک اندازه‌گیری آماری موسوم به آزمایش بل را اجرا کنند تا اثبات کنند که درهم‌تنیدگی می‌تواند در بین ذراتی با فاصله‌ی ۱۲۰۰ کیلومتر وجود داشته باشد. هرچند که تئوری کوانتوم به ما می‌گوید درهم‌تنیدگی در هر فاصله‌ای می‌تواند برقرار باشد، اما آزمایش بل این پیشبینی را اثبات یا رد خواهد کرد. این گروه همچنین تلاش می‌کنند حالات کوانتومی را با استفاده از جفت‌های فوتون درهم‌تنیده در کنار اطلاعات منتقل شده توسط ابزارهای متداول‌تر تله‌پورت کنند تا بتوانند حالات کوانتومی را در مکان جدید برای یک فوتون بازسازی نمایند. لو می‌گوید: «اگر مأموریت اولین ماهواره به خوبی پیش برود، چین حتماً ماهواره‌های بیشتری را ارسال خواهد کرد. حدود بیست ماهواره لازم است تا شبکه‌ی ارتباط کوانتومی امن در سراسر کره‌ی زمین قابل دسترسی شود.»
گروه‌هایی که خارج از کشور چین هستند، رویه‌های متفاوتی را در پیش گرفته‌اند. دانشگاه ملی سنگاپور و دانشگاه استراتکلاید بریتانیا در این حوزه با یکدیگر همکاری می‌کنند. آن‌ها با استفاده از ماهواره‌های ارزان قیمت 5 کیلوگرمی موسوم به کیوب‌ست (cubesat) یا ماهواره‌ی مکعبی آزمایش‌های کوانتومی خود را اجرا می‌کنند. سال گذشته این گروه یک کیوب‌ست را به فضا فرستادند که یک جفت از فوتون‌های همبسته را ایجاد و اندازه‌گیری کرد. آن‌ها امیدوارند در سال آینده بتوانند ابزاری را به فضا بفرستند که بتواند جفت‌های کاملاً درهم‌تنیده را تولید کند.
الکساندر لینگ (Alexander Ling)، فیزیکدان دانشگاه ملی سنگاپور و سرپرست پروژه می‌گوید: «هر کیوب‌ست فقط ۱۰۰ هزار دلار هزینه دارد و با توجه به مقرون به صرفه بودن، می‌تواند در آینده ارتباطات کوانتومی را تسهیل و قابل دسترسی کند.»
از طرف دیگر یک گروه کانادایی پیشنهاد می‌کند که فوتون‌ها ابتدا در روی زمین درهم‌تنیده شوند، و سپس با استفاده از ریزماهواره‌هایی با وزن کمتر از سی کیلوگرم، برانگیخته شوند. برندان هیگینز (Brendon Higgins)، فیزیکدان دانشگاه واترلو و یکی از اعضای گروه رمزنگاری کوانتومی و علوم ماهواره‌ای کانادا می‌گوید: «این روش نسبت به ایجاد فوتون‌ها در فضا ارزان‌تر خواهد بود. اما انتقال فوتون‌ها به ماهواره‌ی در حال حرکت می‌تواند یک چالش باشد.» این گروه پژوهشی قصد دارد ابتدا این سیستم را با استفاده از یک دریافت‌کننده‌ی فوتون بر روی یک هوانورد آزمایش کند.
حتی یک رویکرد ساده‌تر نیز در حوزه‌ی علوم کوانتومی فضایی توسط گروهی از دانشگاه پادوا در ایتالیا اتخاذ شده است. سرپرست این گروه پائولو ویلورسی (Paolo Villoresi) است. او و همکارانش می‌خواهند با افزودن بازتاب دهنده‌ها و برخی ابزارهای دیگر، از ماهواره‌های معمولی برای پروژه‌ی خود استفاده کنند. سال گذشته آن‌ها نشان دادند فوتون‌هایی که از یک ماهواره به زمین بازمی‌گشتند، حالات کوانتومی خود را حفظ کردند و با کمترین خطا برای رمزنگاری کوانتومی دریافت شدند. محققان معتقدند این روش می‌تواند برای ساخت کلیدهای امنیتی استفاده شود، اما نسبت به روش‌های دیگر، سرعت کمتری دارد.
دانشمندان همچنین یک آزمایش کوانتومی را در ایستگاه فضایی بین‌المللی پیشنهاد می‌دهند که بتواند همزمان دو ویژگی متفاوت یک فوتون را درهم‌تنیده کند تا تله‌پورت کارآمدتر و امن‌تر شود. این روش ابردرهم‌تندگی نامیده می‌شود. پائول کوایت (Paul Kwiat)، فیزیکدان دانشگاه ایلینویز و همکار ناسا در پروژه‌ی ایستگاه بین‌المللی فضایی می‌گوید: «همان طور که ماهواره‌های کوانتومی پیشرفت می‌کنند، می‌توان از آن‌ها برای اینترنت رایانه‌های کوانتومی هم در سراسر جهان استفاده کرد.» اینترنت کوانتومی با نام رایانش ابری هم شناخته می‌شود.
آنتون زیلینگر (Anton Zeilinger)، فیزیکدان آکادمی علوم اتریش می‌گوید: «احتمالاً اینترنت کوانتومی با ماهواره‌ها و ابزارهای زمین‌پایه‌ی کوانتومی ترکیب خواهد شد. البته هنوز چالش‌های زیادی در این مسیر قرار دارد. برای مثال فیزیکدانان باید راهی برای ارتباط مستقیم ماهواره‌ها بیابند تا درهم‌تنیدگی فوتون‌هایی از منابع مختلف به نحو احسن انجام شود. همچنین دانشمندان باید بتوانند حجم اطلاعاتی که از طریق فوتون‌ها منتقل می‌شوند را از چند مگابایت به چند گیگابایت ارتقا دهند.»
اگر گروه محققان چینی موفق شوند، سایر گروه‌ها راحت تر می‌توانند برای پروژه‌هایشان سرایه‌گذار پیدا کنند. فعلاً نقش ایالات متحده در این زمینه کم‌رنگ است، اما به عقیده‌ی زیلینگر با پیشرفت پروژه‌ها، این کشور نیز وارد رقابت خواهد شد. در نهایت، تله‌پورت کوانتومی به محققان اجازه می‌دهد که با ترکیب فوتون‌ها، ماهواره‌ها را به تلسکوپ‌هایی با دیافگرامی به اندازه‌ی زمین تبدیل کنند. چنین تلسکوپی وضوح فوق بالایی خواهد داشت. کوایت می‌گوید: «در این صورت شما دیگر تنها سیاره‌ها را نمی‌بینید. بلکه می‌توانید شماره‌ی پلاک خودروی فرضی روی یکی از قمرهای سیاره‌ی مشتری را هم بخوانید!»
منبع:
تله پورت
منابع مفید:
مروری بر رمزنگاری کوانتمی
کامپیوترهای کوانتمی
رمزنگاری کوانتمی - ۱
رمزنگاری کوانتمی - ۲
رمزنگاری کوانتمی - ۳
Spectrum IEEE (two Steps closer to quantum internet)
New Method of Quantum Teleportation Could Bring Us a Quantum Internet
The Space-Based Quantum Cryptography Race (MIT News)
Quantum computing: To boldly go where Einstein feared to tread
Quantum physics enables perfectly secure cloud computing