طورت شركة Cisco رحلتها إلى الشبكات الكمومية من خلال الكشف عن Universal Quantum Switch، وهو نموذج أولي عملي مصمم لربط الأنظمة الكمومية من موردين مختلفين.

لبعض الوقت، تعمل شركة سيسكو – مع عدد من الشركاء – على شبكات كمومية موزعة تعتقد أنها يمكن أن تضع الأساس نحو إنترنت الحوسبة الكمومية التي تحددها أجهزة الكمبيوتر الكمومية وأجهزة الاستشعار والاتصالات في أواخر ثلاثينيات القرن الحالي.

وفي شرحها لخلفية الإطلاق، قالت سيسكو إن أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية قوية ولكنها محدودة، وتعمل بمئات الكيوبتات في حين أن تطبيقات العالم الحقيقي في الرعاية الصحية والخدمات المالية والفضاء ستحتاج إلى الملايين لتحقيق سرعات غير مسبوقة وتحقيق اختراقات تكنولوجية. وتعتقد الشركة أن الشبكات والاتصال أمران أساسيان لسد هذه الفجوة. المستقبل الكمي لن يتم بناؤه بواسطة أي شركة واحدة أو أي تكنولوجيا واحدة. سيتم بناؤه من خلال ربطهم جميعًا.

وفيما يتعلق بالتكنولوجيا الجديدة على وجه التحديد، اقترحت شركة سيسكو أن محاولة ربط مليارات الأشخاص وعشرات المليارات من الأجهزة بكابلات مباشرة سيكون أمرا صعبا، وأن الإنترنت أصبح ممكنا لأن المحولات الكلاسيكية يمكنها ربط كل نقاط النهاية هذه من خلال شبكة مشتركة وقابلة للتطوير.

ومع ذلك، نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تقوم بتشفير المعلومات بطرق مختلفة، حتى الآن، لا يمكن لأي محول قبول وترجمة جميع طرق التشفير الرئيسية دون تدمير المعلومات الكمومية في العملية.

تم تصميم Universal Quantum Switch لمواجهة هذا التحدي لأول مرة، حيث يقوم بتوجيه المعلومات الكمومية مع الحفاظ عليها في درجة حرارة الغرفة، على ألياف الاتصالات الموجودة، باستخدام محرك تحويل حاصل على براءة اختراع من Cisco والذي يترجم بين طرق التشفير عند الإدخال والإخراج.

عندما يحتاج جهازا كمبيوتر كمومي إلى مشاركة المعلومات، فإن Universal Quantum Switch يفعل نفس الشيء بالنسبة للكمبيوتر الكمي: يقبل الإشارة بأي طريقة تصل، ويترجمها إلى لغة مشتركة للتوجيه، ويسلمها بالتنسيق الذي يحتاجه نظام الاستقبال، دون فقدان أي معلومات كمومية على طول الطريق.

بالإضافة إلى ذلك، تعتبر هذه التكنولوجيا معلمًا حاسمًا في الشبكات الكمومية التي تعالج أحد أهم العوائق التي تحول دون بناء شبكة كمومية.

يُقال إن محرك التحويل الحاصل على براءة اختراع من Cisco والموجود في قلب المحول الكمي يسمح لطريقة الإخراج بمطابقة المدخلات أو أن تكون مختلفة تمامًا، مما يمكّن المحول الكمي من الاتصال والترجمة بين الأنظمة الكمومية التي لم يتم تصميمها أبدًا للتحدث مع بعضها البعض، وهي قدرة حاسمة لبناء شبكات كمومية تعمل عبر موردين وتقنيات مختلفة.

علاوة على ذلك، فهو مصمم لدعم جميع طرق التشفير الكمي الرئيسية المستخدمة لنقل المعلومات. وتشمل هذه: الاستقطاب، واتجاه موجات الضوء؛ توقيت نبضات الضوء (صندوق الوقت)؛ صندوق التردد، لون أو تردد الضوء؛ والمسار المادي أو المكاني. حتى الآن، تم التحقق من صحة المفتاح الكمي تجريبيًا باستخدام تشفير الاستقطاب. تم دمج دعم الصندوق الزمني وصندوق التردد في التصميم ويمثل الخطوة التالية في عملية التحقق المستمرة من Cisco.

يُقال إن تجارب إثبات المفهوم – باستخدام مصدر التشابك الخاص بشركة Cisco وكاشفات الفوتون الفردي – قد عثرت على معلومات كمومية محفوظة من خلال التحويل في المحول مع تدهور أقل من 4٪ في دقة الحالة الكمومية والتشابك. وهذا يعني الحفاظ على التماسك الذي تتطلبه الشبكات الكمومية لتعمل.

وأظهرت الاختبارات أيضًا التبديل الكهروضوئي بأقل من نانو ثانية، وإعادة تشكيل الاتصالات في أقل من نانو ثانية واحدة، وأن العملية فعالة في استخدام الطاقة، وتستهلك أقل من ملي واط واحد من الطاقة.

وباعتباره نموذجًا أوليًا لبحث عملي، ترى شركة Cisco أن المحول هو نقطة إثبات في تسريع برنامجها الكامل للشبكات الكمومية. وهو مصمم لتوجيه المعلومات الكمومية بين الأنظمة مع الحفاظ عليها، باستخدام محرك تحويل حاصل على براءة اختراع من Cisco والذي يترجم بين جميع طرق التشفير والتشابك عند الإدخال والإخراج.

قال فيجوي باندي، نائب الرئيس الأول والمدير العام لشركة Outshift، مجموعة التقنيات الناشئة والحضانة التابعة لشركة Cisco: “يعد الوصول إلى هذا الإنجاز لحظة محورية لبرنامجنا الكمي وشهادة على الإمكانات التحويلية للشبكات الكمومية”.

“لقد أدركنا منذ فترة طويلة أن ربط الأنظمة الكمومية هو المفتاح لتحقيق قابلية التوسع الحقيقية، والآن اتخذنا خطوة حاسمة نحو جعل هذه الرؤية حقيقة واقعة. وفي حين أن هذا إنجاز كبير، إلا أنه مجرد البداية. الطريق أمامنا طويل، ومع ذلك فإن تأثير ما نقوم ببنائه – وما لم يأت بعد – لن يكون أقل من عميق. “