البروفيسور عدي أرييه: "نحن نقف على أعتاب عالم تكنولوجي جديد، ويأتي معه مجموعة من الفرص الجديدة إلى جانب مجموعة من المشاكل التي لم نواجهها بعد".
أحد التهديدات الرئيسية في عوالم أمن المعلومات في السنوات الأخيرة هو تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية. إن الجيل الجديد من أجهزة الكمبيوتر الذي يكتسب زخمًا قد يمكّن في المستقبل من اختراق جميع مصادر التشفير الموجودة تقريبًا في عالمنا. وفي دراسة جديدة أجرتها جامعة تل أبيب، تم تطوير طريقة جديدة لإنشاء مصادر ضوئية كمومية تكون بمثابة معلم رئيسي في حل المشكلات الأمنية. يمكن لمصدر الضوء الكمي أن يصدر جسيمين ضوئيين (فوتونين) متشابكين في شكلهما المكاني، فمثلا فوتون واحد يظهر تقريبا كدائرة في الفضاء والفوتون الآخر له شكل يحتوي (تقريبا) على دائرتين ويعمل كمصدر للضوء في الفضاء. أنظمة التشفير الكمي الجديدة.
تم إجراء البحث بقيادة طالب الدكتوراه أوفير إشاريم وبتوجيه من البروفيسور عدي أرييه، رئيس قسم ماركو ولوسي شاؤول. من كلية الهندسة الكهربائية في جامعة تل أبيب. وشارك في الدراسة أيضًا د. شاولي بيريل ويهوشوا فولي كومار من كلية الهندسة الكهربائية، بالإضافة إلى د. إيريت يوبيلر من قسم الهندسة الكهربائية في كلية سامي شمعون. تم نشر المقال الذي يحمل عنوان "إنشاء الكيوبتات المتشابكة مكانيًا باستخدام التصوير المجسم الكمي غير الخطي" مؤخرًا في مجلة "Science Advances" المرموقة.
مفتاح التشفير المشترك
يوضح البروفيسور أرييه: "من أجل نقل المعلومات السرية بين مستخدمين اثنين، يلزم وجود "مفتاح تشفير"، أي سلسلة من البتات التي يمتلكها المستخدمان فقط، مما يسمح بتشفير المعلومات. في عالم فيزياء الكم، تم اقتراح طريقة لإنشاء مفتاح تشفير مشترك، وذلك باستخدام فوتونين متشابكين. يستطيع كل من المشاركين قياس فوتون واحد فقط، ولكن نظرًا لتشابكهما، يكون هناك اتصال بين هذه القياسات المنفصلة، مما يسمح بإنشاء مفتاح التشفير المشترك. الميزة الكبيرة لطريقة التشفير هذه مقارنة بالطرق الحالية هي أنه بمجرد أن تكون هناك محاولة لاختراق هذه المعلومات، نظرًا لخصائصها الفيزيائية (الجزيئات الفردية التي يتم تدميرها في جزيء يقيسها) فإن الإرسال سوف يحدث بشكل خاطئ - وسنكون قادرين على معرفة محاولة القرصنة."
ويضيف أوفير إشاريم: "من أجل تنفيذ كل ما هو موصوف أعلاه، يجب علينا إنتاج نظام يكون فيه زوج من الفوتونات المتشابكة الكمومية له نفس الشكل المكاني. معظم التجارب التي أجريت حتى الآن استخدمت بشكل أساسي خاصية استقطاب الضوء، لكن هذه الخاصية لها بعدان فقط وتحد من كمية المعلومات التي يمكن استهلاكها ونقلها. ولذلك فإن الاتجاه اليوم هو التحول إلى سمة أخرى للضوء - وهو الشكل المكاني، الذي يحتوي على عدد أكبر من الأبعاد وبالتالي له مزايا من حيث معدل نقل المعلومات وبالإضافة إلى ذلك فإن له أيضًا ميزة من حيث المعلومات أمان."
"حتى الآن، نفذ الباحثون العمل على مرحلتين - إنشاء الفوتونات المتشابكة ومن ثم نقلها إلى شكل مكاني، من خلال سلسلة من المكونات البصرية. في عملنا، تمكنا من تحسين العملية باستخدام بلورة تم تصميم معاملها غير الخطي لتعمل كنوع من الهولوغرام الكمي: شعاع ليزر عادي يضيء الهولوغرام غير الخطي، مما يخلق تشابكًا بين واجهات الموجة (المكانية). أشكال) من الفوتونات التي تم إنشاؤها. يعد هذا تعميمًا للمجال الكمي لطريقة التصوير المجسم القياسية، والتي تسمح بتخزين سعة ووقوع شعاع الضوء وإعادة إنتاجه عن طريق إضاءة الصورة المجسمة بالليزر. وبهذه الطريقة، يتم إنشاء التشابك باستخدام أقل عدد ممكن من المكونات - وهي ميزة مهمة للانتقال من التطبيقات المعملية إلى التطبيقات العملية. على سبيل المثال، سيكون من الممكن تثبيت هذا المصدر الكمي على الأقمار الصناعية أو الطائرات بدون طيار، حيث يلزم استخدام مصدر ضوئي بأقل حجم ممكن."
ويختتم البروفيسور أرييه قائلاً: "إننا نقف على أعتاب عالم تكنولوجي جديد، ويأتي معه مجموعة من الفرص الجديدة إلى جانب مجموعة من المشاكل التي لم نواجهها بعد. أعتقد أن بحثنا هو جزء من جيل جديد من التطبيقات في مجالات العلوم والتكنولوجيا الكمومية. بالإضافة إلى التطبيقات في مجال الاتصالات المشفرة، يمكن استخدام مصادر الضوء التي تم تطويرها في البحث في أجهزة الاستشعار الكمومية شديدة الحساسية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
