بيلدن هيرشمان: الركائز الأساسية لبناء شبكات جاهزة للتقنية الكمومية وآمنة ضدها

يُحوّل الطلب المتزايد على الكيوبتات عالية الدقة وقنوات الإرسال منخفضة التشويش تركيز تطوير الشبكات الكمومية نحو الحفاظ على سلامة المعلومات الكمومية أثناء الإرسال من طرف إلى طرف عبر الشبكة. فيما يلي المتطلبات الأساسية لنشر الشبكات الكمومية:

1. تصميم روابط ذات فقد منخفض للغاية

تتطلب الشبكات الفيزيائية التي تُمكّن الربط بين الأنظمة الكمومية روابط ذات فقد إشارة ضئيل وأداء بصري فائق. ويتطلب تحقيق هذه المعايير تصميمات ألياف أكثر تطورًا من الشبكات القياسية المستخدمة في الإنتاج، مثل تركيبات زجاجية خاصة أو ألياف بصرية ذات لب مجوف. تعمل هذه الأنواع المتقدمة من الألياف على تقليل توهين الإشارة والحفاظ على المعلومات الكمومية بشكل أفضل عند نقلها لمسافات طويلة.

2. مسارات بيانات مخصصة لحركة البيانات الكمومية

يتطلب الأداء المتوقع مسارات نقل معزولة مخصصة حصريًا لحركة البيانات الكمومية. يتمثل أحد الحلول العملية في إنشاء شبكة مادية مستقلة مخصصة للبيانات الكمومية، على غرار الشبكات المادية المنفصلة المخصصة لحركة بيانات النسخ الاحتياطي أو التخزين. في هذا التصميم، تُجهز الخوادم والأنظمة الكمومية بمنافذ شبكة مزدوجة. يتيح هذا الإعداد تحسين الشبكة بشكل دقيق لحركة البيانات الكمومية دون الحاجة إلى تغيير جميع مكونات شبكات الإنتاج الحالية.

3. توسيع مسارات الإشارة الكمومية من البداية إلى النهاية

تتألف الشبكات الكمومية من طبقتين: الربط بين المباني أو على مستوى المدينة للأنظمة الكمومية الموزعة، وتوجيه الإشارات الداخلية داخل الأجهزة الكمومية الفردية. وتقع طبقة تحكم بين الشبكات الكلاسيكية الخارجية ووحدة المعالجة الكمومية (QPU): حيث تستقبل حركة مرور الشبكة الكلاسيكية، وتنسق العمليات الكمومية، وتتصل بوحدة المعالجة الكمومية عبر كابلات الترددات الراديوية (RF).

داخل الحاسوب الكمومي، تمتد كابلات الترددات الراديوية هذه إلى غرفة تبريد فائقة البرودة، حيث يتم تفريغ البيئة الداخلية إلى ظروف شبه فراغية وتبريدها إلى درجات حرارة أبرد من الفضاء الخارجي. بعد ذلك، تخرج الإشارات من غرفة التبريد، وتمر عبر نظام التحكم، وتتصل بوصلات الألياف الضوئية التي تربط الأنظمة الكمومية البعيدة. يتطلب كل جزء على طول مسار الإشارة هذا هندسة متخصصة لنقل المعلومات الكمومية بشكل موثوق. تشمل التحديات الهندسية الحاسمة الانتقال السلس للكابلات عبر بيئات متباينة: الانتقال من كابلات الترددات الراديوية القياسية التي تعمل في درجة حرارة الغرفة إلى أسلاك مصممة خصيصًا للعمل في درجات حرارة منخفضة للغاية وظروف تشغيل شبه فراغية.