นักวิจัยจากสถาบัน Niels Bohr แห่งมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนได้พัฒนาวิธีใหม่ในการสร้างหน่วยความจำควอนตัม โดยดรัมขนาดเล็กสามารถจัดเก็บข้อมูลที่ส่งด้วยแสงในการสั่นของเสียง จากนั้นส่งต่อข้อมูลด้วยแหล่งกำเนิดแสงใหม่เมื่อจำเป็นอีกครั้ง ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าหน่วยความจำเชิงกลสำหรับข้อมูลควอนตัมอาจเป็นกลยุทธ์ที่ปูทางไปสู่อินเทอร์เน็ตที่มีความปลอดภัยสูงด้วยความเร็วที่เหลือเชื่อ
งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร จดหมายทางกายภาพความคิดเห็น.
ข้างใต้สำนักงานเก่าของ Niels Bohr เป็นห้องใต้ดินซึ่งมีโต๊ะที่กระจัดกระจายปกคลุมไปด้วยกระจกบานเล็ก เลเซอร์ และอุปกรณ์ทุกประเภทที่เชื่อมต่อกันด้วยโครงลวดและกองเทป ดูเหมือนว่าโปรเจ็กต์ของเด็กจะไปไกลเกินไป โปรเจ็กต์ที่พ่อแม่พยายามอย่างไร้ผลเพื่อให้พวกเขาทำความสะอาด
แม้ว่าตาที่ไม่ได้รับการฝึกฝนจะมองเห็นได้ยากว่าโต๊ะเหล่านี้เป็นที่ตั้งของโครงการวิจัยชั้นนำระดับโลกมากมาย แต่สิ่งสำคัญกำลังเกิดขึ้นในโลกใบเล็กจนไม่สามารถใช้กฎของนิวตันได้ นี่คือจุดที่ทายาททางกายภาพของควอนตัมของ Niels Bohr กำลังพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมที่ล้ำหน้าที่สุด
หนึ่งในโครงการเหล่านี้โดดเด่นสำหรับนักฟิสิกส์ อย่างน้อยก็ด้วยความจริงที่ว่าอุปกรณ์ที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าสามารถบรรลุสถานะควอนตัมได้ ควอนตัมดรัมเป็นเมมเบรนขนาดเล็กที่ทำจากวัสดุเซรามิกคล้ายแก้ว โดยมีรูกระจัดกระจายเป็นลวดลายเรียบร้อยตามขอบ
เมื่อกลองถูกตีด้วยแสงเลเซอร์ มันจะเริ่มสั่น และสั่นอย่างรวดเร็วและไม่มีการรบกวนจนทำให้กลศาสตร์ควอนตัมเข้ามามีบทบาท คุณสมบัตินี้ได้ก่อให้เกิดความปั่นป่วนมานานแล้วโดยการเปิดโอกาสทางเทคโนโลยีควอนตัมจำนวนหนึ่ง
ขณะนี้ การทำงานร่วมกันในพื้นที่ควอนตัมต่างๆ ของสถาบันได้แสดงให้เห็นว่าดรัมยังสามารถมีบทบาทสำคัญในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต เช่นเดียวกับนักเล่นแร่แปรธาตุสมัยใหม่ นักวิจัยได้สร้าง "หน่วยความจำควอนตัม" รูปแบบใหม่โดยการแปลงสัญญาณแสงให้เป็นการสั่นสะเทือนของเสียง
ในบทความวิจัยที่เพิ่งตีพิมพ์ นักวิจัยได้พิสูจน์แล้วว่าข้อมูลควอนตัมจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ปล่อยออกมาเป็นสัญญาณแสง เช่น ผ่านสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกที่ใช้สำหรับการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตความเร็วสูงอยู่แล้ว สามารถจัดเก็บเป็นการสั่นสะเทือนใน กลองแล้วส่งต่อ
การทดลองก่อนหน้านี้ได้แสดงให้นักวิจัยเห็นว่าเมมเบรนสามารถคงอยู่ในสถานะควอนตัมที่เปราะบางได้ บนพื้นฐานนี้ พวกเขาเชื่อว่าดรัมควรจะสามารถรับและส่งข้อมูลควอนตัมได้โดยไม่ต้อง "ถอดรหัส" กล่าวคือ สูญเสียสถานะควอนตัมเมื่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมพร้อม
“สิ่งนี้เปิดมุมมองที่ยอดเยี่ยมสำหรับวันที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำสิ่งที่เราคาดหวังได้จริงๆ หน่วยความจำควอนตัมน่าจะเป็นพื้นฐานสำหรับการส่งข้อมูลควอนตัมในระยะทาง ดังนั้นสิ่งที่เราพัฒนาขึ้นถือเป็นส่วนสำคัญในการวางรากฐานสำหรับอินเทอร์เน็ตแห่งอนาคตด้วยความเร็วควอนตัมและความปลอดภัยของควอนตัม” postdoc Mads Bjerregaard Kristensen จาก Niels Bohr Institute ผู้เขียนนำบทความวิจัยใหม่กล่าว
รวดเร็วเป็นพิเศษและปลอดภัยเป็นพิเศษ
เมื่อถ่ายโอนข้อมูลระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัมสองเครื่องในระยะไกล หรือระหว่างคอมพิวเตอร์หลายเครื่องในอินเทอร์เน็ตควอนตัม สัญญาณจะถูกกลบอย่างรวดเร็วเนื่องจากสัญญาณรบกวน ปริมาณเสียงรบกวนในสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อสายเคเบิลยาวขึ้น ในที่สุดข้อมูลก็ไม่สามารถถอดรหัสได้อีกต่อไป
อินเทอร์เน็ตแบบคลาสสิกและเครือข่ายคอมพิวเตอร์หลักอื่นๆ แก้ปัญหาสัญญาณรบกวนนี้โดยการขยายสัญญาณในสถานีขนาดเล็กตามเส้นทางการส่งสัญญาณ แต่สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่จะใช้วิธีการที่คล้ายคลึงกัน คอมพิวเตอร์จะต้องแปลข้อมูลเป็นระบบเลขฐานสองธรรมดาก่อน เช่น ระบบที่ใช้โดยคอมพิวเตอร์ทั่วไป
สิ่งนี้จะไม่ทำ การทำเช่นนี้จะทำให้เครือข่ายช้าลงและทำให้เสี่ยงต่อการโจมตีทางไซเบอร์ เนื่องจากโอกาสที่การปกป้องข้อมูลแบบคลาสสิกจะมีประสิทธิภาพในอนาคตของคอมพิวเตอร์ควอนตัมนั้นแย่มาก
แต่เราหวังว่าควอนตัมดรัมจะสามารถทำหน้าที่นี้ได้ แสดงให้เห็นสัญญาณที่ดีเนื่องจากเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการรับและส่งสัญญาณซ้ำจากคอมพิวเตอร์ควอนตัม ดังนั้นเป้าหมายคือการขยายการเชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัมผ่านสถานีที่ดรัมควอนตัมรับและส่งสัญญาณอีกครั้ง และในการทำเช่นนั้น หลีกเลี่ยงเสียงรบกวนในขณะที่รักษาข้อมูลให้อยู่ในสถานะควอนตัม” คริสเตนเซนกล่าว
“ในการทำเช่นนั้น ความเร็วและข้อดีของคอมพิวเตอร์ควอนตัม เช่น ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณที่ซับซ้อนบางอย่าง จะขยายไปทั่วเครือข่ายและอินเทอร์เน็ต เนื่องจากสามารถทำได้โดยการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติต่างๆ เช่น การซ้อนทับและการพัวพันซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของสถานะควอนตัม”
หากประสบความสำเร็จ สถานีต่างๆ จะสามารถขยายการเชื่อมต่อที่ปลอดภัยด้วยควอนตัมได้ ซึ่งดรัมก็สามารถขยายรหัสควอนตัมให้ยาวขึ้นได้เช่นกัน สัญญาณที่ปลอดภัยเหล่านี้สามารถส่งได้ในระยะทางต่างๆ ไม่ว่าจะรอบเครือข่ายควอนตัมหรือข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก ในอินเทอร์เน็ตควอนตัมแห่งอนาคต
ยืดหยุ่น ใช้งานได้จริง และอาจแหวกแนวเหมือนควอนตัม RAM
การวิจัยกำลังดำเนินการในที่อื่นแทนทางเลือกอื่นโดยให้แหล่งกำเนิดแสงที่นำพาข้อมูลมุ่งตรงไปที่ระบบอะตอมและเลื่อนอิเล็กตรอนในอะตอมชั่วคราว แต่วิธีการดังกล่าวมีข้อจำกัด
“มีข้อจำกัดในสิ่งที่คุณสามารถทำได้ด้วยระบบอะตอม เนื่องจากเราไม่สามารถออกแบบอะตอมหรือความถี่ของแสงที่พวกมันสามารถโต้ตอบกับตัวเราเองได้ ระบบกลไกที่ค่อนข้าง 'ใหญ่' ของเราให้ความยืดหยุ่นมากกว่า เราสามารถปรับเปลี่ยนและปรับเปลี่ยนได้ เพื่อว่าหากการค้นพบใหม่เปลี่ยนกฎของเกม ก็มีโอกาสที่ดีที่จะดัดแปลงควอนตัมดรัมได้” ศาสตราจารย์อัลเบิร์ต ชลีสเซอร์ ผู้ร่วมเขียนบทความวิจัยอธิบาย
“ไม่ว่าดีขึ้นหรือแย่ลง ความสามารถของเราในฐานะนักวิจัยส่วนใหญ่จะเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดของการทำงานทั้งหมด” เขาชี้ให้เห็น
ดรัมเป็นการนำหน่วยความจำควอนตัมเชิงกลมาใช้ใหม่ล่าสุดและจริงจังที่สุด เนื่องจากได้รวมคุณสมบัติหลายประการเข้าด้วยกัน ดรัมมีการสูญเสียสัญญาณต่ำ กล่าวคือ ความแรงของสัญญาณข้อมูลจะยังคงอยู่อย่างดี นอกจากนี้ยังมีข้อได้เปรียบอย่างมากในการสามารถรองรับความถี่แสงทั้งหมดได้ รวมถึงความถี่ที่ใช้ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่ใช้ในการสร้างอินเทอร์เน็ตสมัยใหม่
ควอนตัมดรัมยังสะดวกเนื่องจากสามารถจัดเก็บและอ่านข้อมูลได้ทุกเมื่อที่ต้องการ และเวลาหน่วยความจำที่ยาวเป็นประวัติการณ์ 23 มิลลิวินาทีที่นักวิจัยทำได้ทำให้มีโอกาสมากขึ้นที่ เทคโนโลยี วันหนึ่งอาจกลายเป็นส่วนสำคัญสำหรับระบบเครือข่ายควอนตัมตลอดจนฮาร์ดแวร์ในคอมพิวเตอร์ควอนตัม
“เราออกมาเร็วกับการวิจัยนี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมและการสื่อสารยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา แต่ด้วยหน่วยความจำที่เราได้รับ เราสามารถคาดเดาได้ว่าวันหนึ่งถังควอนตัมจะถูกใช้เป็น RAM ควอนตัมชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นหน่วยความจำทำงานชั่วคราวสำหรับข้อมูลควอนตัม . และนั่นคงจะเป็นเรื่องแปลกใหม่” ศาสตราจารย์กล่าว