مبادئ وتطور تكنولوجيا الاتصالات الكمومية

تُعدّ الاتصالات الكمومية ركيزة أساسية في تكنولوجيا المعلومات الكمومية، إذ تتميز بسرية مطلقة، وسعة اتصال هائلة، وسرعة نقل بيانات فائقة، وغيرها من المزايا. فهي قادرة على إنجاز مهام محددة تعجز عنها الاتصالات التقليدية. وتعتمد الاتصالات الكمومية على نظام المفتاح الخاص، الذي لا يمكن فك تشفيره، ما يضمن اتصالاً آمناً بكل معنى الكلمة، الأمر الذي جعلها في طليعة العلوم والتكنولوجيا على مستوى العالم. وتستخدم الاتصالات الكمومية الحالة الكمومية كعنصر معلوماتي لتحقيق نقل فعال للمعلومات، ما يمثل ثورة أخرى في تاريخ الاتصالات بعد الاتصالات الهاتفية والبصرية.

المكونات الرئيسية للاتصال الكمومي:

توزيع المفتاح السري الكمي:

لا يُستخدم توزيع المفاتيح السرية الكمومية لنقل المحتوى السري، وإنما يُستخدم لإنشاء دفتر تشفير وتبادله، أي لتخصيص المفتاح الخاص لكلا طرفي الاتصال الشخصي، وهو ما يُعرف عادةً بالاتصال باستخدام التشفير الكمومي.
في عام 1984، اقترح بينيت من الولايات المتحدة وبراسارت من كندا بروتوكول BB84، الذي يستخدم البتات الكمومية كناقلات للمعلومات لترميز الحالات الكمومية باستخدام خصائص استقطاب الضوء لتحقيق توليد وتوزيع آمن للمفاتيح السرية. وفي عام 1992، اقترح بينيت بروتوكول B92 القائم على حالتين كموميتين غير متعامدتين، يتميز بتدفق بسيط وكفاءة نصفية. يعتمد كلا البروتوكولين على مجموعة واحدة أو أكثر من الحالات الكمومية المفردة المتعامدة وغير المتعامدة. وأخيرًا، في عام 1991، اقترح إيكرت من المملكة المتحدة بروتوكول E91 القائم على حالة التشابك القصوى لجسيمين، وهي زوج EPR.
في عام ١٩٩٨، اقتُرح مخطط آخر للاتصال الكمومي بست حالات لاختيار الاستقطاب على ثلاث قواعد مترافقة تتألف من أربع حالات استقطاب ودوران يساري ودوران يميني في بروتوكول BB84. وقد ثبت أن بروتوكول BB84 طريقة آمنة لتوزيع الحالات الحرجة، ولم يتمكن أحد من اختراقها حتى الآن. ويضمن مبدأ عدم اليقين الكمومي وعدم الاستنساخ الكمومي أمانه المطلق. لذلك، يتمتع بروتوكول EPR بقيمة نظرية جوهرية، إذ يربط الحالة الكمومية المتشابكة بالاتصال الكمومي الآمن، ويفتح آفاقًا جديدة للاتصال الكمومي الآمن.

النقل الكمومي:

إن نظرية النقل الكمومي التي اقترحها بينيت وعلماء آخرون في ست دول في عام 1993 هي نمط نقل كمومي خالص يستخدم قناة حالة التشابك القصوى للجسيمين لنقل حالة كمومية غير معروفة، وسيصل معدل نجاح النقل الكمومي إلى 100٪ [2].
في عام ١٩٩٠، أنجز فريق أ. زيلينغر النمساوي أول تجربة عملية للتحقق من مبدأ النقل الكمومي في المختبر. كثيرًا ما تظهر حبكة مشابهة في الأفلام: شخصية غامضة تختفي فجأة من مكان ما، ثم تعود إليه. لكن نظرًا لأن النقل الكمومي يخالف مبدأ عدم الاستنساخ الكمومي ومبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ في ميكانيكا الكم، فإنه يُعدّ ضربًا من الخيال العلمي في سياقه التقليدي.
مع ذلك، يُدخل مفهوم التشابك الكمومي الاستثنائي في الاتصالات الكمومية، حيث يقسم معلومات الحالة الكمومية غير المعروفة إلى قسمين: معلومات كمومية ومعلومات كلاسيكية، مما يُتيح حدوث هذه المعجزة المذهلة. المعلومات الكمومية هي المعلومات التي لم تُستخلص في عملية القياس، بينما المعلومات الكلاسيكية هي القياس الأصلي.

التقدم في مجال الاتصالات الكمومية:

منذ عام 1994، دخلت الاتصالات الكمومية تدريجياً مرحلة التجارب، متقدمةً بخطى ثابتة نحو تحقيق هدفها العملي، مما يُحقق قيمة تنموية وفوائد اقتصادية كبيرة. في عام 1997، أجرى العالم الصيني الشاب بان جيان وي، بالتعاون مع العالم الهولندي بو مايستر، تجارب ناجحة ونجحا في نقل حالات كمومية غير معروفة عن بُعد.
في أبريل 2004، حقق سورنسن وزملاؤه نقل بيانات لمسافة 1.45 كيلومتر بين البنوك لأول مرة باستخدام توزيع التشابك الكمومي، مما مثّل نقلة نوعية في مجال الاتصالات الكمومية من المختبر إلى التطبيق العملي. وتحظى تقنية الاتصالات الكمومية حاليًا باهتمام كبير من الحكومات والقطاعات الصناعية والأكاديمية. وتعمل بعض الشركات العالمية الرائدة بنشاط على تطوير تسويق المعلومات الكمومية، مثل شركة الاتصالات البريطانية (بيل)، وشركة آي بي إم، ومختبرات إيه تي آند تي في الولايات المتحدة، وشركة توشيبا في اليابان، وشركة سيمنز في ألمانيا، وغيرها. علاوة على ذلك، في عام 2008، أنشأ مشروع الاتحاد الأوروبي لتطوير شبكة اتصالات آمنة عالمية قائمة على التشفير الكمومي شبكة تجريبية وتحققية للاتصالات الآمنة مكونة من 7 عقد.
في عام ٢٠١٠، نشرت مجلة تايم الأمريكية تقريرًا بعنوان "قفزة نوعية في علوم الكم الصينية" ضمن قسم "الأخبار المثيرة"، مُشيرةً إلى نجاح تجربة النقل الكمومي الصيني لمسافة ١٦ كيلومترًا، ما يُؤكد قدرة الصين على إنشاء شبكة اتصالات كمومية بين الأرض والقمر الصناعي [٣]. وفي العام نفسه، أنشأ المعهد الوطني الياباني لأبحاث الاستخبارات والاتصالات، بالتعاون مع شركتي ميتسوبيشي إلكتريك وNEC، وشركة ID Quantified السويسرية، وشركة توشيبا أوروبا المحدودة، ومدينة فيينا النمساوية، شبكة اتصالات كمومية حضرية بست عقد تُعرف باسم "شبكة طوكيو لتوزيع المفاتيح الكمومية" في طوكيو. وتركز هذه الشبكة على أحدث نتائج الأبحاث التي تُجريها المؤسسات البحثية والشركات الرائدة في مجال تكنولوجيا الاتصالات الكمومية في اليابان وأوروبا.

شركة بكين روفيا للإلكترونيات الضوئية المحدودة، الكائنة في "وادي السيليكون" الصيني - منطقة تشونغ قوان تسون ببكين، هي شركة تقنية متقدمة تُكرّس جهودها لخدمة المؤسسات البحثية والمعاهد والجامعات والباحثين العلميين في الشركات والمؤسسات المحلية والأجنبية. تُعنى شركتنا بشكل أساسي بالبحث والتطوير والتصميم والتصنيع والمبيعات المستقلة للمنتجات الكهروضوئية، وتُقدّم حلولًا مبتكرة وخدمات احترافية مُخصصة للباحثين العلميين والمهندسين الصناعيين. بعد سنوات من الابتكار المستقل، طوّرت الشركة سلسلة غنية ومتكاملة من المنتجات الكهروضوئية، والتي تُستخدم على نطاق واسع في قطاعات البلديات والجيش والنقل والطاقة الكهربائية والمالية والتعليم والطب وغيرها.

نتطلع إلى التعاون معكم!