ระบบเครือข่ายสื่อสารเชิงควอนตัมอาศัยหน่วยพื้นฐานที่เรียกว่า “ควอนตัมบิต” หรือ “คิวบิต” ที่มีคุณสมบัติพิเศษตรงที่มันไม่เพียงแค่ สามารถมีสถานะได้เพียงแค่ 1 หรือ 0 เหมือนกับ “บิต” ของคอมพิวเตอร์ธรรมดาทั่วไปเท่านั้น แต่มันยังสามารถมีสถานะระหว่าง 1 กับ 0 ได้อีกด้วย ด้วยคุณลักษณะพิเศษทางควอนตัมที่ว่านี้ ทำให้เชื่อกันว่าระบบเครือข่ายสื่อสารเชิงควอนตัมจะมีศักยภาพเหนือระบบเครือข่ายแบบเก่า อีกทั้งคาดกันว่านวัตกรรมใหม่ๆ ทางการสื่อสารจะถูกประดิษฐ์ตามขึ้นมาอีกมาก

แต่ทว่า ระบบเครือข่ายแบบนี้ยังต้องประสบกับปัญหามากมาย หนึ่งในปัญหาที่สำคัญก็คือ การจะทำยังไงให้ตัว “คิวบิต” สามารถถูกถ่ายโอนได้เป็นระยะไกลๆ โดยไม่สูญเสียคุณภาพของข้อมูลและยังคงรักษาคุณสมบัติทางควอนตัมไว้ได้ ค่าของคิวบิตของการสื่อสารเชิงควอนตัมอาจจะอยู่ในลักษณะของ ขั้ว (polarization) ของอนุภาคโฟตอนของแสง หรืออยู่ในรูปของสปิน (spin) ของอนุภาค แล้วแต่ว่า กลุ่มวิจัยไหนจะทดลองเรื่องอะไร

เมื่อปลายปีที่ผ่าน ทีมวิจัยชาวอเมริกันสองทีมได้ประสบความสำเร็จในการใช้กลุ่มอะตอมกักเก็บอนุภาคโฟตอนเดี่ยวๆไว้แล้วถ่ายโอนมันไปยังกลุ่มอะตอมอีกกลุ่มหนึ่ง โดยไม่มีการสูญเสียคุณสมบัติทางควอนตัมของโฟตอนตัวนั้นเลย ผลงานของพวกเขาครั้งนี้เป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าระบบเครือข่ายสื่อสารเชิงควอนตัมที่ไม่ซับซ้อนมากนักสามารถสร้างขึ้นมาได้จริง

สาเหตุที่การสร้างระบบเครือข่ายเชิงควอนตัมได้นำโฟตอนมาใช้ทดลองก็เพราะว่า โฟตอนมีคุณสมบัติพิเศษตรงที่ มันสามารถรักษาคุณลักษณะทางควอนตัมได้ดีแม้จะเดินทางเป็นระยะทางไกลๆ และสามารถกักเก็บข้อมูลได้เป็นระยะเวลานานๆ อีกด้วย

อย่างไรก็ดี การนำโฟตอนมาใช้ในการสร้างเครือข่ายการสื่อสารเชิงควอนตัม จำเป็นต้องหาเทคนิคหรือ วิธีการที่ควบคุมอนุภาคโฟตอนเดี่ยวๆให้ได้

กลุ่มนักวิจัยสองกลุ่มที่ว่านี้ประกอบไปด้วยกลุ่มของ Matthew Eisaman แห่ง มหาวิทยาลัยฮาวาร์ด และกลุ่มของ Alex Kuzmich แห่ง สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย พวกเขาได้ควบคุมอนุภาคโฟตอนเดี่ยวๆ ด้วยการใช้แสงเลเซอร์และกับดักแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic trap) กักเก็บอนุภาคโฟตอนให้อยู่ภายในกลุ่มก้อนของอะตอม จากนั้นพวกเขาก็ทำการส่งมันไปยังอีกกลุ่มอะตอมที่อยู่ปลายทาง และดึงข้อมูลที่อนุภาคโฟตอนตัวนั้นนำมาด้วย โดยขั้นตอนต่างๆนี้ พวกเขาทำได้โดยไม่เสียคุณภาพของข้อมูลและคุณสมบัติทางควอนตัมของโฟตอนเลย

สิ่งที่แตกต่างระหว่างการทดลองที่สองกลุ่มนี้ทำคือ การทดลองของกลุ่มแรกได้ใช้อะตอมของธาตุรูบิเดียม 87 ที่อยู่ในสภาวะอุณหภูมิห้อง ส่วนการทดลองอีกอันได้ใช้อะตอมของธาตูรูบิเดียม 85 ในสภาวะอุณหภูมิต่ำยิ่งยวด

ในงานนี้ ทีมนักวิจัยของสถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย ได้ยืนยันว่า คุณลักษณะทางควอนตัมของอนุภาคโฟตอนที่ถูกถ่ายโอนและถูกดึงข้อมูลออกมานั้น ไม่มีการสูญสลายไปเลย แม้ว่ามันจะผ่านกระบวนการต่างๆ ตามขั้นตอนที่กล่าวมา

“พวกเราได้ช่วยกันสร้างสิ่งที่เรียกว่า เครือข่ายเชิงควอนตัมแบบง่ายๆขึ้น” Eisaman กล่าว “เครือข่ายเชิงควอนตัมเป็นเครือข่ายเสมือนของเครือข่ายแบบเก่า มันจะช่วยเป็นส่วนเติมเต็มที่สำคัญในการสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์และระบบการสื่อสารเชิงควอนตัมในอนาคต” สำหรับหนึ่งในศักยภาพในการนำผลที่ได้จากการทดลองนี้ไปประยุกต์ใช้คือ การนำไปสร้างรหัสลับเชิงควอนตัม (quantum cryptography) ที่จะช่วยให้การส่งข้อมูลมีความปลอดภัย 100 เปอร์เซ็นต์ต่อการถูกขโมย

นอกจากนี้ ยังมีงานวิจัยของอีกกลุ่มวิจัยหนึ่ง ที่ได้ประสบความสำเร็จในการถ่ายโอนสถานะของอะตอมที่ถูกกักเก็บไว้ ไปเป็น สถานะของโฟตอนที่มีความพัวพันเชิงควอนตัม (quantum entanglement ) โดยกลุ่มวิจัยที่ว่านี้ เป็นกลุ่มของ Jeff Kimble ที่สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย และสถาบันทดลองเบลล์ ซึ่งพวกเขาได้สาธิตให้เห็นว่า สสารที่อะตอมของมันถูกทำให้อยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่ง สามารถถูกถ่ายโอนไปเป็นแสงที่มีสถานะพัวพันเชิงควอนตัมกันอยู่เป็นครั้งแรก การทดลองนี้ได้ถูกคาดหมายว่า จะมีส่วนสำคัญในการพัฒนาระบบเครือข่ายสื่อสารเชิงควอนตัมแบบกลุ่มอะตอมในอนาคต

ข้อมูลจาก
- http://optics.org/articles/news/11/12/8/1

(ภาพข้างบนเป็น การจัดตั้งอุปกรณ์ของห้องทดลองที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด โดยท่อเหล็กใหญ่สีเงินนั้น ท่อหนึ่งใช้สำหรับให้กำเนิดลำอนุภาคโฟตอน ส่วนอีกท่อใช้สำหรับกักเก็บโฟตอน ที่เดินทางมาถึง ท่อทั้งสองอันมีชั้นสำหรับกั้นสนามแม่เหล็กสามชั้น เพื่อให้ค่าสนามแม่เหล็กภายในท่อมีค่าเป็นศูนย์)