ย้อนกลับไปในเดือนกุมภาพันธ์ปี 2020 นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Argonne ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯและมหาวิทยาลัยชิคาโกเปิดเผยว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการพัวพันทางควอนตัมซึ่งพฤติกรรมของอนุภาคเล็ก ๆ สองคู่จะเชื่อมโยงกันเพื่อให้สถานะของพวกมันเหมือนกัน - มากกว่า เครือข่ายควอนตัมลูป 52 ไมล์ (83.7 กิโลเมตร) ในชานเมืองชิคาโก
คุณอาจสงสัยว่าเอะอะทั้งหมดนั้นเกี่ยวกับอะไรหากคุณไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์ที่คุ้นเคยกับกลศาสตร์ควอนตัมนั่นคือพฤติกรรมของสสารและพลังงานในระดับที่เล็กที่สุดของความเป็นจริงซึ่งแตกต่างอย่างแปลกประหลาดจากโลกที่เราเห็นรอบ ๆ เรา.
แต่ความสำเร็จของนักวิจัยอาจเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาอินเทอร์เน็ตเวอร์ชันใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า แทนที่จะเป็นบิตที่เครือข่ายในปัจจุบันใช้ซึ่งสามารถแสดงค่าได้เพียง 0 หรือ 1 เท่านั้นอินเทอร์เน็ตควอนตัมในอนาคตจะใช้qubitsของข้อมูลควอนตัมซึ่งสามารถรับค่าได้ไม่ จำกัด จำนวน (quibit คือหน่วยของข้อมูลสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมเหมือนกับบิตในคอมพิวเตอร์ทั่วไป)
นั่นจะทำให้อินเทอร์เน็ตควอนตัมมีแบนด์วิดท์มากขึ้นซึ่งจะทำให้สามารถเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพสูงและอุปกรณ์อื่น ๆ และเรียกใช้แอปพลิเคชันขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถทำได้ด้วยอินเทอร์เน็ตที่เรามีอยู่ในขณะนี้
"อินเทอร์เน็ตควอนตัมจะเป็นแพลตฟอร์มของระบบนิเวศควอนตัมที่คอมพิวเตอร์เครือข่ายและเซ็นเซอร์แลกเปลี่ยนข้อมูลในรูปแบบใหม่โดยพื้นฐานที่การตรวจจับการสื่อสารและการคำนวณทำงานร่วมกันเป็นหน่วยงานเดียว" David Awschalomอธิบายผ่านอีเมล เขาเป็นศาสตราจารย์ด้านข้อมูล spintronics และควอนตัมใน Pritzker School of Molecular Engineering ที่มหาวิทยาลัยชิคาโกและเป็นนักวิทยาศาสตร์อาวุโสของ Argonne ซึ่งเป็นผู้นำโครงการควอนตัมลูป
อธิบาย Quantum Internet
ทำไมเราถึงต้องการสิ่งนี้และมันทำอะไร? สำหรับผู้เริ่มต้นอินเทอร์เน็ตควอนตัมไม่ได้แทนที่อินเทอร์เน็ตปกติที่เรามีอยู่ในขณะนี้ แต่มันจะเป็นส่วนเสริมของมันหรือกิ่งก้านของมัน มันจะสามารถดูแลปัญหาบางอย่างที่รบกวนอินเทอร์เน็ตในปัจจุบันได้ ตัวอย่างเช่นอินเทอร์เน็ตควอนตัมจะให้การป้องกันที่ดีกว่ามากจากแฮกเกอร์และอาชญากรไซเบอร์ ตอนนี้ถ้าอลิซในนิวยอร์กส่งข้อความถึงบ็อบในแคลิฟอร์เนียทางอินเทอร์เน็ตข้อความนั้นจะเดินทางเป็นเส้นตรงจากชายฝั่งหนึ่งไปยังอีกฝั่งหนึ่งไม่มากก็น้อย ระหว่างทางสัญญาณที่ส่งข้อความจะลดลง ขาประจำอ่านสัญญาณขยายและแก้ไขข้อผิดพลาด แต่กระบวนการนี้ทำให้แฮกเกอร์สามารถ "เจาะเข้า" และดักฟังข้อความได้
อย่างไรก็ตามข้อความควอนตัมจะไม่มีปัญหานั้น เครือข่ายควอนตัมใช้อนุภาคของโฟตอนแสงเพื่อส่งข้อความที่ไม่เสี่ยงต่อการโจมตีทางไซเบอร์ แทนที่จะเข้ารหัสข้อความโดยใช้ความซับซ้อนทางคณิตศาสตร์ Ray Newell นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอลามอสกล่าวเราจะพึ่งพากฎที่แปลกประหลาดของฟิสิกส์ควอนตัม ด้วยข้อมูลควอนตัม "คุณไม่สามารถคัดลอกหรือตัดแบ่งครึ่งได้และคุณไม่สามารถแม้แต่จะดูได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลง" ในความเป็นจริงเพียงแค่พยายามสกัดกั้นข้อความก็ทำลายข้อความดังที่นิตยสาร Wired ระบุไว้ นั่นจะเป็นการเปิดใช้งานการเข้ารหัสที่ปลอดภัยกว่าสิ่งที่มีอยู่ในปัจจุบันอย่างมากมาย
"วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจแนวคิดของอินเทอร์เน็ตควอนตัมคือผ่านแนวคิดของการเคลื่อนย้ายควอนตัม" Sumeet Khatriนักวิจัยจาก Louisiana State University ใน Baton Rouge กล่าวในอีเมล เขาและเพื่อนร่วมงานได้เขียนบทความเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของอินเทอร์เน็ตควอนตัมบนอวกาศซึ่งดาวเทียมจะถ่ายทอดโฟตอนที่พันกันยุ่งเหยิงลงสู่พื้นผิวโลกอย่างต่อเนื่องตามที่บทความการทบทวนเทคโนโลยีนี้อธิบาย
"การเคลื่อนย้ายทางควอนตัมไม่เหมือนกับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์อาจคิดในแง่ของสิ่งที่พวกเขาเห็นในภาพยนตร์ไซไฟ" Khatri กล่าว "ในการเคลื่อนย้ายทางควอนตัมคน 2 คนที่ต้องการสื่อสารจะแบ่งปันอนุภาคควอนตัมคู่หนึ่งที่พันกันจากนั้นผู้ส่งสามารถส่งข้อมูลควอนตัมใด ๆ ไปยังผู้รับ (แม้ว่าจะไม่สามารถทำได้เร็วกว่าแสง ความเร็วเป็นความเข้าใจผิดที่พบบ่อย) คอลเลกชันของความพัวพันที่ใช้ร่วมกันระหว่างคู่ของคนทั่วโลกโดยพื้นฐานแล้วถือเป็นอินเทอร์เน็ตควอนตัมคำถามการวิจัยกลางคือวิธีที่ดีที่สุดในการแจกจ่ายคู่ที่พันกันเหล่านี้ให้กับผู้คนที่กระจายอยู่ทั่วโลก "
เมื่อมันเป็นไปได้ที่จะทำในขนาดใหญ่, อินเทอร์เน็ตควอนตัมจะให้อย่างน่าอัศจรรย์อย่างรวดเร็วที่นาฬิกาห่างไกลอาจจะตรงกันเกี่ยวกับการเป็นพัน ๆ ครั้งอย่างแม่นยำมากขึ้นกว่าที่ดีที่สุดนาฬิกาอะตอมที่มีอยู่ในวันนี้เป็นคอสมอสรายละเอียดนิตยสาร นั่นจะทำให้การนำทางด้วย GPS แม่นยำกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันและทำแผนที่สนามโน้มถ่วงของโลกโดยละเอียดเพื่อให้นักวิทยาศาสตร์สามารถมองเห็นการกระเพื่อมของคลื่นความโน้มถ่วงได้ นอกจากนี้ยังสามารถทำให้โฟตอนเทเลพอร์ตจากกล้องโทรทรรศน์แสงที่มองเห็นได้จากระยะไกลทั่วโลกและเชื่อมโยงเข้ากับหอดูดาวเสมือนจริงขนาดยักษ์
“ คุณอาจเห็นดาวเคราะห์รอบดาวดวงอื่น ๆ ” นิโคลัสปีเตอร์สหัวหน้ากลุ่ม Quantum Information Science Group จากOak Ridge National Laboratoryกล่าว
นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่เครือข่ายของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพสูงทั่วโลกจะทำงานร่วมกันและสร้างการจำลองที่ซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อ ซึ่งอาจช่วยให้นักวิจัยเข้าใจพฤติกรรมของโมเลกุลและโปรตีนได้ดีขึ้นเช่นพัฒนาและทดสอบยาใหม่ ๆ
นอกจากนี้ยังอาจช่วยให้นักฟิสิกส์ไขความลึกลับของความเป็นจริงที่มีมาช้านานได้ “ เราไม่มีภาพรวมที่สมบูรณ์ว่าจักรวาลทำงานอย่างไร” นิวเวลล์กล่าว "เรามีความเข้าใจเป็นอย่างดีว่ากลศาสตร์ควอนตัมทำงานอย่างไร แต่ไม่ใช่ภาพที่ชัดเจนของนัยยะภาพนั้นพร่ามัวที่กลศาสตร์ควอนตัมตัดกับประสบการณ์ในชีวิตของเรา"
ความท้าทายในการสร้างอินเทอร์เน็ตควอนตัม
แต่ก่อนที่สิ่งนั้นจะเกิดขึ้นนักวิจัยต้องหาวิธีสร้างอินเทอร์เน็ตควอนตัมและด้วยความแปลกประหลาดของกลศาสตร์ควอนตัมนั่นจะไม่ใช่เรื่องง่าย “ ในโลกยุคคลาสสิกคุณสามารถเข้ารหัสข้อมูลและบันทึกข้อมูลได้โดยที่มันไม่สลายตัว” ปีเตอร์สกล่าว "ในโลกควอนตัมคุณเข้ารหัสข้อมูลและมันก็เริ่มสลายตัวแทบจะในทันที"
ปัญหาอีกประการหนึ่งคือเนื่องจากปริมาณพลังงานที่สอดคล้องกับข้อมูลควอนตัมมีน้อยมากจึงยากที่จะป้องกันไม่ให้มีปฏิสัมพันธ์กับโลกภายนอก ทุกวันนี้ "ในหลาย ๆ กรณีระบบควอนตัมทำงานได้เฉพาะในอุณหภูมิที่ต่ำมากเท่านั้น" Newell กล่าว "อีกทางเลือกหนึ่งคือทำงานในเครื่องดูดฝุ่นและสูบอากาศออกให้หมด"
ในการสร้างฟังก์ชันควอนตัมอินเทอร์เน็ต Newell กล่าวว่าเราต้องการฮาร์ดแวร์ทุกประเภทที่ยังไม่ได้รับการพัฒนา ดังนั้นจึงยากที่จะบอกว่า ณ จุดนี้เมื่อใดที่อินเทอร์เน็ตควอนตัมจะพร้อมใช้งานแม้ว่านักวิทยาศาสตร์ชาวจีนคนหนึ่งคาดการณ์ว่าจะเกิดขึ้นในปี 2573
ตอนนี้น่าสนใจ
Albert Einstein ผู้ตั้งคำถามเกี่ยวกับความถูกต้องของกลศาสตร์ควอนตัมเรียกว่าการพัวพันควอนตัม "การกระทำที่น่ากลัวในระยะไกล" ตามที่Technology Reviewอธิบาย
เผยแพร่ครั้งแรก: 30 มี.ค. 2020
