Μια σημαντική πρόοδος προς την κατεύθυνση της παγκόσμιας κβαντικής διαδικτύωσης επετεύχθη από ερευνητές του Πανεπιστημίου Shanghai Jiao Tong στην Κίνα, οι οποίοι κατάφεραν να συνενώσουν δύο ανεξάρτητα κβαντικά δίκτυα σε ένα ενιαίο, λειτουργικό σύστημα. Το επίτευγμα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Photonics, θεωρείται καθοριστικό βήμα για την υλοποίηση ενός παγκόσμιου κβαντικού Διαδικτύου, όπου οποιοιδήποτε δύο χρήστες στη Γη θα μπορούν να επικοινωνούν με απόλυτη ασφάλεια μέσω κβαντικής διεμπλοκής.
Οι προκλήσεις της ενοποίησης των κβαντικών δικτύων
Η δημιουργία ενός παγκόσμιου κβαντικού Διαδικτύου απαιτεί τη διασύνδεση πολλών επιμέρους δικτύων, κάτι που είναι πολύ πιο περίπλοκο σε σχέση με τα κλασικά δίκτυα. Αν και οι επιστήμονες έχουν ήδη συνδέσει κβαντικούς υπολογιστές μέσα στο ίδιο δίκτυο, η συγχώνευση πολλών χρηστών σε ένα ενιαίο σύστημα παραμένει δύσκολο έργο. Μέχρι σήμερα, τα πλήρως συνδεδεμένα δίκτυα βασίζονταν στην τεχνολογία πυκνής πολυπλεξίας μήκους κύματος (DWDM), η οποία όμως περιορίζεται σε επεκτασιμότητα και πολυπλοκότητα.
Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές κατόρθωσαν να συγχωνεύσουν δύο ανεξάρτητα δίκτυα που περιλάμβαναν συνολικά 18 ενεργούς χρήστες, οι οποίοι μπορούν πλέον να επικοινωνούν μεταξύ τους με πρωτόκολλα διεμπλοκής. Πρόκειται για το πιο πολύπλοκο πολυχρηστικό κβαντικό δίκτυο που έχει δημιουργηθεί έως σήμερα.
Η τεχνική του «πολυχρηστικού κβαντικού swapping»
Για να πετύχουν τη συγχώνευση, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται «πολυχρηστικό swapping διεμπλοκής» (multi-user entanglement swapping). Η διαδικασία ξεκινά με δύο ανεξάρτητα δίκτυα των δέκα κόμβων το καθένα. Οι κόμβοι κάθε δικτύου είναι ήδη κβαντικά διεμπλεγμένοι μεταξύ τους, αλλά όχι με τους κόμβους του άλλου δικτύου. Στη συνέχεια, ένας κόμβος από κάθε δίκτυο χρησιμοποιείται για να πραγματοποιηθεί η ένωση, αφαιρώντας έτσι αυτούς τους δύο κόμβους από το σύνολο και αφήνοντας 18 λειτουργικούς κόμβους πλήρως συνδεδεμένους.
Η ένωση των δύο δικτύων επιτυγχάνεται μέσω μετρήσεων Bell, οι οποίες δημιουργούν νέα διεμπλοκή ανάμεσα στα δίκτυα. Ωστόσο, λόγω της φύσης της κβαντικής μέτρησης, οι δύο κόμβοι που μετρήθηκαν «καταρρέουν» και παύουν να είναι λειτουργικοί.
Όπως αναφέρουν οι συγγραφείς:
«Τα δύο δίκτυα των 10 χρηστών συγχωνεύονται σε ένα δίκτυο 18 χρηστών στο επίπεδο των κβαντικών συσχετίσεων. Όλοι οι τελικοί χρήστες μπορούν να επικοινωνούν μέσω πρωτοκόλλων κατανομής κβαντικού κλειδιού (QKD) βασισμένων στη διεμπλοκή».
Αποτελέσματα και αξιολόγηση της διεμπλοκής
Η ομάδα χρησιμοποίησε μια νέα μέθοδο ενεργής χρονικής και φασματικής πολυπλεξίας (ATWM) αντί της παραδοσιακής DWDM. Η ποιότητα της διεμπλοκής αξιολογήθηκε μέσω παρεμβολών δύο φωτονίων και μετρήσεων πιστότητας, με εντυπωσιακά αποτελέσματα: πιστότητα άνω του 84% και ορατότητα παρεμβολής έως και 90,7%, έναντι μόλις 50% σε κλασικά συστήματα.
Εμπόδια και μελλοντικές προοπτικές
Παρά το εντυπωσιακό επίτευγμα, η κλιμάκωση σε μεγαλύτερα ή απομακρυσμένα δίκτυα παραμένει πρόκληση. Το μεγαλύτερο εμπόδιο είναι οι κβαντικοί επαναλήπτες, οι οποίοι επιτρέπουν τη μετάδοση σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς απώλειες φωτονίων – τεχνολογία που ακόμη δεν έχει φτάσει σε πρακτικό επίπεδο.
Όπως σημειώνουν οι ερευνητές:
«Η μεγαλύτερη πρόκληση για τα μεγάλης κλίμακας δίκτυα είναι η δημιουργία σταθερής διεμπλοκής μεταξύ απομακρυσμένων κόμβων κβαντικής μνήμης».
Ωστόσο, η ομάδα παραμένει αισιόδοξη:
«Η προσέγγισή μας ανοίγει νέους ορίζοντες για τη δημιουργία διεμπλοκής μεταξύ απομακρυσμένων κόμβων διαφορετικών δικτύων και προσφέρει τεράστιες δυνατότητες για τη δημιουργία μεγάλων διασυνδεδεμένων κβαντικών δικτύων μεταξύ πόλεων».
Περισσότερες πληροφορίες: Yiwen Huang et al, Κβαντική σύντηξη ανεξάρτητων δικτύων βασισμένη σε ανταλλαγή διεμπλοκής πολλαπλών χρηστών, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01792-0
Πληροφορίες περιοδικού: Nature Photonics
