ربط مستقیم کوانتومی یک طرفه مقدور شد_بام وطن

آنان با پیروزی یک سیستم عملی تشکیل کردند که ارتباطات مستقیم کوانتومی را از یک مفهوم به مرحله کاربرد عملی ارتقا داد و رکوردی را در آزمایش استاندارد ربط فیبر نوری با فاصله انتقال ۱۰۴.۸ کیلومتر به دست آوردند و به انتقال پایدار با شدت ۲.۳۸ کیلوبیت در ثانیه برای ۱۶۸ ساعت متوالی دست یافتند.

نتایج پژوهش منتشرشده در نشریه پیشرفت‌های علمی نشان داد، ربط مستقیم کوانتومی قبلا توسط این گروه چینی، نظر شده می بود که با منفعت گیری از حالت‌های کوانتومی و ویژگی‌هایی همانند تشخیص و پیشگیری از شنود، سازگاری با شبکه‌های حاضر، فرآیندهای مدیریت ساده و انتقال مخفی، ربط امن را مقدور می‌سازد.

چالش مهم در این عرصه دستیابی به ارتباطات ایمن و قابل مطمعن با منفعت گیری از حالت‌های کوانتومی با انرژی زیاد کم است. این حالت‌ها به شدت مستعد تداخل در کانال‌های کوانتومی می باشند که با نویز زیاد، تلفات زیاد و خطر شنود اشکار می‌شود.

پژوهش‌های قبلی از پروتکل‌های دوطرفه منفعت گیری کردند که این روش تبدیل از دست دادن قابل دقت کارایی سیستم و بهبود کارکرد ارتباطات را به شدت محدود می‌کرد.

در سال ۲۰۲۲، دانشمندان چینی رکورد جهانی برای ربط مستقیم کوانتومی بیشتر از ۱۰۰ کیلومتر ثبت کردند، اما شدت آن فقط ۰.۵ بیت در ثانیه می بود که امکان انتقال مطلب‌ها با کاراکترهای زیاد کم را فراهم می‌کرد اما انتقال یک طرفه می‌تواند مسافت انتقال حالت کوانتومی را به نصف و به‌طور قابل‌توجهی تلفات را افت دهد که کلید بهبود کارکرد ربط مستقیم کوانتومی است.

دانشمندان برای اراعه روش نظری برای ربط مستقیم کوانتومی یک طرفه، کدگذاری کانال با نویز و اتلاف بالا و دیگر فناوری‌های کلیدی را گسترش دادند و چالش‌های فنی را حل و گسترش ارتباطی را تکمیل کردند.

مقدار ربط سیستم تازه در قیاس با آنچه در سال ۲۰۲۲ گسترش یافته می بود، ۴۷۶۰ برابر افزایش یافته که به‌طور قابل‌توجهی کارکرد ارتباطات مستقیم کوانتومی را افزایش داده است. انتظار می‌رود که سیستم‌های ربط مستقیم کوانتومی به‌طور گسترده در عرصه‌هایی با الزامات زیاد بالا برای امنیت اطلاعات، همانند امور دولتی و مالی، به کار گرفته شوند.

دو نوع ربط امن کوانتومی وجود دارد؛ یکی توزیع کلید کوانتومی است که از حالت‌های کوانتومی برای تشکیل کلیدها و در میانه انتقال اطلاعات رمزگذاری شده از طریق ارتباطات کلاسیک منفعت گیری می‌کند و مزیت آن شدت انتقال بالاست. فرد دیگر ربط مستقیم کوانتومی است که مستقیما اطلاعات را با منفعت گیری از حالت‌های کوانتومی منتقل می‌کند. در صورت شنود، حالت‌های کوانتومی می‌توانند برای مطمعن از امنیت اطلاعات، خود تخریب شوند.

در تحقیق منتشرشده در پایگاه اطلاعات علمی ایران با گفتن «ربط مستقیم امن کوانتومی» آمده است،  در قرن بیستم میلادی، گوردن مور پیش‌بینی کرد که ابعاد ترانزیستورها هر دو سال یکبار، نصف می‌گردد. بر پایه این پیش‌بینی که مبنی بر کوچک شدن ترانزیستورها تا ابعاد زیر اتمی است، دغدغه محققان یافتن راهی می بود که بتوان محاسبات را در ابعاد زیر اتمی انجام داد. به این ترتیب محاسبات کوانتومی نظر گردید که تلفیقی از علوم رایانه، محاسبات کلاسیکی و مکانیک کوانتومی است.  

این چنین برای تبادل اطلاعات به طور امن در دنیای کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی نقل گردید. یکی از شاخه‌های مهم رمزنگاری کوانتومی ربط مستقیم امن کوانتومی است، با اهمیت ترین مقصد در این عرصه تبادل امن اطلاعات بین کاربران به‌صورت مستقیم و بدون منفعت‌گیری از کلید در کانال کوانتومی است.  

محققان تحقیق جاری، پروتکل‌هایی در عرصه ربط مستقیم امن کوانتومی طراحی کردند که شامل او گفت‌وگوی کوانتومی امن است و کاربران بدون هیچ‌گونه توزیع کلیدی به‌صورت مستقیم به مطلب محرمانه یکدیگر دست خواهند یافت. این چنین مقصد، ارتقاء بازدهی و امنیت در پروتکل‌های قبل با افزایش حجم مطلب منتقل‌شده به گیرنده‌ها به ازای منفعت گیری از تعداد برابر یا کم‌تر کیوبیت می بود.  

در این تحقیق، چهار پروتکل در دو دسته‌ پردازش موازی و متوالی طراحی شده است و تشکیل امنیت در فرآیند انتقال مطلب با مرحله های کنترل امنیت صورت می‌گیرد. در پروتکل‌های طراحی شده بازدهی و امنیت نسبت به پروتکل‌های شبیه قبل بهبود یافته است.