تصور یک اینترنت کوانتومی که بتواند اطلاعات ضد هکری را از طریق فوتون‌هایی که در حالت‌های کوانتومی مختلف روی هم قرار گرفته‌اند به سراسر جهان ارسال کند، یک چیز است. این کاملاً چیز دیگری است که به صورت فیزیکی امکان پذیر است.
این دقیقاً همان کاری است که فیزیکدانان هاروارد با استفاده از فیبر مخابراتی موجود در منطقه بوستون در نمایش طولانی‌ترین فاصله فیبر جهان بین دو گره حافظه کوانتومی تا به امروز انجام داده‌اند. آن را به عنوان یک اینترنت ساده و بسته بین نقطه A و B در نظر بگیرید که سیگنالی را حمل می کند که نه با بیت های کلاسیک مانند اینترنت موجود، بلکه توسط ذرات منفرد نور کاملاً ایمن رمزگذاری شده است.
اثر پیشگامانه، منتشر شده در طبیعتتوسط میخائیل لوکین، استاد دانشگاه جاشوا و بت فریدمن در دپارتمان فیزیک، با همکاری استادان هاروارد مارکو لونچار و هونگکون پارک، که همگی از اعضای ابتکار کوانتومی هاروارد هستند، در کنار محققان در خدمات وب آمازون رهبری شد.
تیم هاروارد ساخت‌های عملی اولین اینترنت کوانتومی را با درهم‌تنیدگی دو گره حافظه کوانتومی که توسط پیوند فیبر نوری از هم جدا شده‌اند، ایجاد کردند که در یک حلقه تقریباً 22 مایلی از طریق کمبریج، سامرویل، واترتاون و بوستون مستقر شده‌اند. این دو گره در یک طبقه از هم در آزمایشگاه علوم و مهندسی یکپارچه هاروارد قرار داشتند.
حافظه کوانتومی، مشابه حافظه کامپیوتر کلاسیک، جزء مهمی از آینده محاسبات کوانتومی به هم پیوسته است، زیرا امکان عملیات پیچیده شبکه و ذخیره و بازیابی اطلاعات را فراهم می کند. در حالی که شبکه‌های کوانتومی دیگری در گذشته ایجاد شده‌اند، تیم هاروارد طولانی‌ترین شبکه فیبر بین دستگاه‌هایی است که می‌تواند اطلاعات را ذخیره، پردازش و انتقال دهد.
هر گره یک کامپیوتر کوانتومی بسیار کوچک است که از یک تکه الماس ساخته شده است که دارای نقصی در ساختار اتمی خود به نام مرکز سیلیکون خالی است. در داخل الماس، ساختارهای حکاکی شده کوچکتر از یک صدم عرض موی انسان، تعامل بین مرکز جای خالی سیلیکون و نور را افزایش می دهد.
مرکز جای خالی سیلیکون حاوی دو کیوبیت یا بیت اطلاعات کوانتومی است: یکی به شکل اسپین الکترونی که برای ارتباط استفاده می شود و دیگری در یک اسپین هسته ای با عمر طولانی تر که به عنوان کیوبیت حافظه برای ذخیره درهم تنیدگی استفاده می شود (مکانیک کوانتومی). ویژگی که به اطلاعات اجازه می دهد تا در هر فاصله کاملاً همبستگی داشته باشند). هر دو چرخش به طور کامل با پالس های مایکروویو قابل کنترل هستند. این دستگاه‌های الماسی – فقط چند میلی‌متر مربع – در داخل واحدهای تبرید رقیق‌سازی قرار دارند که دمای آنها به -459 فارنهایت می‌رسد.
استفاده از مراکز خالی سیلیکونی به عنوان دستگاه های حافظه کوانتومی برای فوتون های تک یک برنامه تحقیقاتی چند ساله در هاروارد بوده است. این فناوری یک مشکل اساسی در اینترنت کوانتومی تئوری‌شده را حل می‌کند: از دست دادن سیگنال که نمی‌توان آن را به روش‌های سنتی تقویت کرد. یک شبکه کوانتومی نمی‌تواند از تکرارکننده‌های سیگنال فیبر نوری استاندارد استفاده کند، زیرا کپی کردن اطلاعات کوانتومی دلخواه غیرممکن است – اطلاعات را ایمن می‌کند، اما حمل و نقل آن را در فواصل طولانی بسیار سخت می‌کند.
گره‌های شبکه مبتنی بر مرکز جای خالی سیلیکونی می‌توانند بیت‌هایی از اطلاعات کوانتومی را در حین تصحیح از دست دادن سیگنال جذب، ذخیره و درهم ببندند. پس از خنک شدن گره ها تا نزدیک به صفر مطلق، نور از طریق اولین گره فرستاده می شود و به دلیل ماهیت ساختار اتمی مرکز جای خالی سیلیکون، با آن درگیر می شود.
Can Knaut، نویسنده اول، دانشجوی دانشکده علوم و هنر کنت سی گریفین در آزمایشگاه لوکین، توضیح داد: «از آنجایی که نور از قبل با گره اول درگیر شده است، می تواند این درهم تنیدگی را به گره دوم منتقل کند. ما به این درهم تنیدگی با واسطه فوتون می گوییم.
در چند سال گذشته، محققان فیبر نوری را از یک شرکت در بوستون برای اجرای آزمایش‌های خود اجاره کرده‌اند و شبکه نمایشی خود را بر روی فیبر موجود نصب کرده‌اند تا نشان دهند که ایجاد یک اینترنت کوانتومی با خطوط شبکه مشابه امکان‌پذیر است.
لوکین گفت: «نشان دادن اینکه گره‌های شبکه کوانتومی را می‌توان در محیط واقعی یک منطقه شهری بسیار شلوغ گرفتار کرد، گام مهمی به سوی شبکه‌سازی عملی بین رایانه‌های کوانتومی است.
یک شبکه کوانتومی دو گره تنها آغاز کار است. محققان به سختی کار می کنند تا با افزودن گره ها و آزمایش پروتکل های شبکه بیشتر، عملکرد شبکه خود را گسترش دهند.
