پژوهشگران سراسر جهان سرگرم پژوهش روی وب‌های کوانتومی می‌باشند. وب کوانتومی چه چیزی است؟ چه وقتی فراهم می گردد؟ یوزرها آن چه افرادی خواهند بود؟
در نگاه اولیه، شاید وب کوانتومی موضوعی علمی‌تخیلی به‌حیث رسد؛ البته تولید کانال‌های کوانتومی یکی بلندپروازی‌های اساسی بخش اعظمی از کشورهای عالم میباشد. جدیدا وزارت دفاع آمریکا (DoE) استراتژی قدم‌به‌قدم خویش را برای تحقق رؤیای اینترنتی کوانتومی در یکسری سال آینده رونمایی کرد. آمریکا به‌همدم اتحادیه‌ی اروپا و چین بر راز گسترش‌ی ارتباطات کوانتومی رقابت می‌نمایند. درحال حاضر این سؤال مطرح میگردد: وب کوانتومی دقیقا چه است؟ چه‌گونه عمل می‌نماید؟ چه اهدافی خواهد داشت؟
وب کوانتومی چه است؟
وب کوانتومی کانالای میباشد که قابلیت مبادله‌ی داده ها میان دستگاه‌های کوانتومی را با به کارگیری از مقررات تعجب آور مکانیک کوانتومی مهیا می‌نماید. ازنظر تئوری، وب کوانتومی به امکان‌های بی‌سوابق‌ای دست خواهد یافت که قابلیت و امکان اجرای آنها در اینترنت کنونی نا ممکن میباشد. در دنیای کوانتومی، داده‌ها در موقعیت کیوبیتی کدگذاری میگردند. حالت‌های کیوبیتی را می‌قدرت در دستگاه‌های کوانتومی مثل کامپیوتر یا این که پردازنده کوانتومی تشکیل داد. به‌ذکر معمولی، وب کوانتومی ارسال کیوبیتها در کانالای متشکل از یکسری دستگاه کوانتومی میباشد که ازنظر فیزیکی، جدا از یکدیگر می باشند. مجموع این ارتباطات به‌لطف خاصیت تعجب آور و منحصربه‌فرد‌به‌شخص موقعیت‌های کوانتومی محقق میشوند.
در نگاه اولیه، شاید وب کوانتومی مانند وب استاندارد به‌لحاظ رسد؛ البته ارسال کیوبیتها در کانالی کوانتومی به‌مکان کانالی کلاسیک به‌مفهوم بهبود اخلاق و رفتار بیت‌ها در مقیاس کوچک‌خیس یا این که موقعیت‌های کوانتومی میباشد. ناگفته نماند ضوابط فیزیک کوانتومی که طرز انتقال داده در وب کوانتومی را تعریف‌و‌تمجید می‌نمایند، هنوز تماما آشنا نیستند. درواقع، می‌قدرت اعلام کرد به طور کامل نا آشنا و حتی گهگاه ماوراءالطبیعه به‌حیث می‌رسند. براین اساس، برای فهم اکوسیستم کوانتومی وب ۲/۰، بهتر میباشد هرآنچه در زمینه ی محاسبات کلاسیک میدانید، فراموش فرمائید؛ چون وب کوانتومی چندان نمی‌تواند مرورگرهای اینترنت دلخواه شمارا تداعی نماید.
داده ها مبادله‌شدنی با کوانتوم
به‌طور خلاصه، نمی‌اقتدار داده ها متعددی را با وب کوانتومی مبادله کرد. به عنوان مثال، دستکم برای یکسری ده سال‌ی آینده نباید انتظار برگزاری جلسات Zoom کوانتومی را داشته باشید. کیوبیتها در راس ارتباطات کوانتومی قرار دارا هستند و از مقررات بنیادی مکانیک کوانتوم به کارگیری می‌نمایند و اخلاق و رفتار آن ها با بیت‌های کلاسیک بسیار گوناگون میباشد.
بهترین آموزش های مالی و حسابداری
بیت کلاسیک برای رمز گذاری داده‌ها، فقط در یکی دو وضعیت قرار میگیرد. صحیح مانند کلید چراغ میتواند خاموش یا این که پر‌نور و زنده یا این که مرده و صفر یا این که یک باشد؛ البته کیوبیتها خوی متفاوتی دارا هستند. درصورت برقرای وضعیت ویژه، کیوبیتها میتوانند همزمان در دو موقعیت صفر و یک قرار بگیرند. چنین وضعیتی در دنیای کلاسیک نیست.
برای اندازه‌گیری تلاش کیوبیت، بایستی یک موقعیت را به آن نسبت بخشید و اینجا میباشد که تناقض به‌وجود می آید. اندازه‌گیری کیوبیت منجر میگردد از موقعیت دوگانه بیرون خواهد شد و صحیح مانند بیت کلاسیک در وضعیت صفر یا این که یک قرار بگیرد. بدین پدیده برهم‌نهی گفته می گردد که یک کدام از هسته‌های مهم مکانیک کوانتوم میباشد. گفتنی میباشد نمی‌اقتدار از کیوبیتها برای انتقال داده‌های شناخت مثل پست الکرونیکی یا این که پیام‌های واتساپ بهره برد؛ البته خلق خیره کننده کیوبیتها زمان‌های مغتنمی در مسئله‌های دیگر آماده خواهد کرد.
ارتباطات ایمن کوانتومی
یکی شاخه‌های خیره کننده مربوط به کیوبیتها امنیت میباشد. در ارتباطات کلاسیک، اکثر اوقات داده‌ها ازطریق توزیع کلیدی مشترک برای گیرنده و فرستنده و بعد از آن به کار گیری از کلید مشترک برای کدگذاری پیام ایمن می گردند. بعد از آن، گیرنده میتواند از کلید برای رمزگشایی داده‌ها استعمال نماید. امنیت اکثر اوقات ارتباطات کلاسیک کنونی برپایه‌ی الگوریتم ساخت کلید میباشد. دسترسی بدین کلید برای هکرها مشقت بار میباشد؛ البته نا ممکن وجود ندارد؛ به‌همین‌استدلال، محققان در ادامه کوانتومی‌سازی ارتباطات می‌باشند. این معنا در راءس مسئله‌ی نوظهور امنیت سایبری به‌اسم توزیع کلید کوانتومی (QKD) قراردارد.
در شیوه QKD، دو طرف بخشی از داده‌های کلاسیک را با کلید کریپتوگرافی به کیوبیتها کد گذاری می‌نمایند. فرستنده کیوبیتها را برای فرد دیگری ارسال و گیرنده هم برای دستیابی به مقادیر کلید کیوبیتها را اندازه‌گیری می‌نماید. اندازه‌گیری سبب فروپاشی موقعیت کیوبیت می شود؛ البته تلاوت مقدار در مراحل اندازه‌گیری اهمیت متعددی داراست؛ درنتیجه کیوبیت برای انتقال مقدار کلید به کاربرده میگردد.
از تمامی اصلی‌خیس با QKD به‌راحتی می‌اقتدار استراق‌سمع فرد ثالث را در حین انتقال کشف کرد؛ چون متجاوز تنها با نگاه‌کردن به کیوبیتها میتواند سبب ساز فروپاشی آن ها گردد. در‌صورتی‌که هکر از هرجا‌ای به کیوبیتها نگاه نماید، حالت کیوبیتها به‌شکل اتوماتیک تغییر و تحول می‌نماید. بد‌ین‌ترتیب، ردپایی از استراق‌سمع خبر چین به‌جا میماند؛ به‌همین‌عامل، رمزنگارها معمولا QKD را روشی تماما ایمن میدانند.
چرا وب کوانتومی؟
فناوری QKD هنوز نخست رویکرد میباشد. درحال‌حاضر، طرز متداول ساخت‌و‌ساز QKD ارسال کیوبیتها برای گیرنده ازطریق کابل‌های فیبر نوری در مسیری یک‌طرفه را مشتمل بر میشود؛ ولی این کابل‌ها عملکرد پروتکل را به‌طور چشمگیری محدود می‌نمایند. کیوبیتها در کابل‌های فیبر نوری، گم یا این که متفرق میشوند؛ درنتیجه، به‌شدت در معرض اشتباه قرار میگیرند و برای طی فاصله‌های طولانی در گیر خلل میشوند. تست‌های فعلی به گروه‌ای از صدها کیلومتر فیبر نوری محدود می باشند. برای حل این خلل بایستی خواص کوانتومی دیگر به‌اسم درهمتنیدگی میان دو دستگاه را بهبود بخشید.
هنگامی دو کیوبیت با یکدیگر تعامل می‌نمایند و درهم‌تنیده میگردند، خاصیت مشترکی پیدا می‌نمایند که معمولا این خاصیت به یکدیگر متعلق می باشند. هنگامی کیوبیتها در شرایط درهم‌تنیده قرار دارا‌هستند، هر تغییر‌و تحول در یکی‌از زوج ذرات به تغییر‌و تحول در ذره‌ی دیگر باعث میگردد؛ حتی در صورتی‌که دو ذره ازنظر فیزیکی غیروابسته از یکدیگر باشند. شرایط کیوبیت نخستین را می‌اقتدار با محاسبه خوی همتای درهم‌تنیده‌ی آن خواندن کرد. آلبرت اینشتین به‌این شرایط اخلاق و رفتار شبح‌وار می گوید. درزمینه‌ی ارتباطات کوانتومی، از درهمتنیدگی می‌قدرت برای ارسال داده ها از کیوبیتی به جفت درهم‌تنیده‌ی آن استفاده نمود و دیگر به برقراری شبکه فیزیکی میان مبدأ و مقصد نیازی وجود ندارد.
درهمتنیدگی چه گونه فعالیت می‌نماید؟
طبق تمجید، تله‌پورت به‌معنا نبود اتصال کانالی فیزیکی فی مابین دستگاه‌های ارتباطی میباشد؛ البته برای تله‌پورت در رتبه‌ی نخستین به ساخت و محافظت درهمتنیدگی نیاز میباشد. برای حمل QKD ازطریق درهمتنیدگی، ساخت‌و‌ساز زیرساختی مطلوب برای حمل زوج کیوبیت‌های درهم‌تنیده و بعد توزیع آن ها میان فرستنده و گیرنده ضروری میباشد. به این‌ترتیب، شبکه تله‌پورتی برای مبادله‌ی کلیدهای کدگذاری ساخت‌و‌ساز می گردد. بعد از تولید کیوبیت‌های درهم‌تنیده، می بایست نیمی از زوج کیوبیت را به گیرنده‌ی کلید ارسال فرمائید. به عنوان مثال، کیوبیت درهم‌تنیده می تواند کانال‌های فیبر نوری را طی نماید؛ ولی این کانال‌ها نمی‌توانند درهمتنیدگی را به‌اندازه‌‌ی ۹۶ کیلومتر محافظت نمایند.
استراق‌سمع و هک در وب کوانتومی غیر ممکن میباشد
درهمتنیدگی کیوبیتها را می‌قدرت در فاصله‌های دوردست ازطریق ماهواره مراقبت کرد؛ البته پوشش دستگاه‌های کوانتومی بیرون از زمین پرهزینه میباشد. هنوز برای ساخت‌و‌ساز کانال‌های تله‌پورت که بتوانند به طریق‌ای مؤثر کیوبیت‌های سراسر عالم را به یکدیگر وصل نمایند، اشتباهات زیادی پیش رو میباشد. بااین‌اکنون با وجود کانالی درهم‌تنیده، مجموع این خطاها حل خواهند شد؛ چون کیوبیت‌های درهم‌تنیده برای انتقال پیام به زیرساخت‌های فیزیکی نیازی نخواهند داشت.
در زمان انتقال، کلید کوانتومی برای افراد ثالث نامرئی خواهند ماند و استراق‌سمع از آن غیرممکن می شود؛ درنتیجه، ارتباطی ایمن از مبدأ به مقصد صورت میگیرد. چنین زیرساختی برای صنعت های حساس مثل بانکداری یا این که سرویس ها درمانی یا این که ارتباطات هوایی مطلوب میباشد. همینطور، دولت‌ها که از داده ها خصوصی استعمال می‌نمایند، از او‌لین تطبیق‌دهندگان این فناوری خواهند بود.
کاربردهای دیگر وب کوانتومی
شاید بپرسید زمانی دانشمندان می توانند شیوه های معمولی‌تری برای بهبود صورت معمولی QKD پیدا نمایند، چه نیازی به درهمتنیدگی میباشد. مثلا، تکرارکنندگان کوانتومی می توانند فاصله‌های متعددی را پوشش دهند و هم به درهمتنیدگی کیوبیتها نیازی ندارند. دراین صورت، درهمتنیدگی قابلیت و امکان‌های متعددی دارااست. QKD فقط یکی نمونه‌های متداول و یکی هدف ها وب کوانتومی میباشد. از کانال‌های درهم‌تنیده می‌اقتدار به‌تیتر راهی امن برای تولید خوشه‌های کوانتومی متشکل از کیوبیت‌های درهم‌تنیده بهره مند شد.
محققان برای اتصال به وب کوانتومی به دشوار‌افزار کوانتومی ویژه‌ای نیازی ندارند. درواقع، صرفا یک پردازنده‌ی تک‌کیوبیتی هم میتواند اتصال را برقرار نماید؛ ولی از آنجا که کامپیوترهای کوانتومی قابلیت و امکان‌های محدودی دارا هستند، پژوهشگران در ادامه راهی برای ساخت و ساز ابرکامپیوترهای کوانتومی می باشند.
با اتصال تعداد متعددی از دستگاه‌های کوانتومی کوچک‌خیس به یکدیگر، وب کوانتومی قادر است مسائلی را حل نماید که حلشان فقط با یک کامپیوتر کوانتومی نا ممکن میباشد. این فرایند سرعت تبادل داده‌های انبوه و اجرای تست‌های گسترده ستاره‌شناسی و اکتشافات ماده و علم ها زیستی را ارتقاء خواهد اعطا کرد. به‌همین‌برهان، پیش از آنکه غول‌های فناوری مثل گوگل و IBM به برتری کوانتومی برسند، محققان در پی پی‌بردن به مزایای بیشتری از این فناوری می‌باشند. طبق تمجید برتری کوانتومی، کامپیوتر کوانتومی میتواند مسائلی را حل نماید که حل آنها برای کامپیوترهای کلاسیک غیر ممکن یا این که طاقت فرسا میباشد.
درحال‌حاضر، توسعه یافته‌ترین کامپیوترهای کوانتومی گوگل و IBM با ۵۰ کیوبیت عمل می‌نمایند. این ترازو برای اجرای محاسبات و حل مسائل پژوهشی ناکافی میباشد. افزون‌براین، اتصال چنین دستگاه‌هایی ازطریق درهمتنیدگی کوانتومی میتواند به خوشه‌هایی با هزاران کیوبیت سبب ساز خواهد شد. برای بخش اعظمی از محققان، ساخت‌و‌ساز چنین کامپیوتر‌هایی مقصود آخرین پروژه‌ی وب کوانتومی میباشد.
معایب وب کوانتومی
شاید نتوان در آینده‌ای مجاورت از وب کوانتومی برای مبادله‌ی داده‌ها به‌طریق‌ی معمول بهره برد. وب کوانتومی در مقیاس انبوه دست کم به یکسری ده سال پیشرفت فناوری نیاز داراست. با اینکه تعداد متعددی از محققان رؤیای وب کوانتومی را در راز می‌پرورانند، موقتی نمی‌قدرت آن را در مقیاس انبوه توسعه و گسترش بخشید.
بخش اعظمی از پژوهش‌های کنونی ارتباطات کوانتومی به جست‌وجوی شایسته ترین شیوه‌های کدگذاری و فشرده‌سازی و انتقال داده ها ازطریق شرایط‌های کوانتومی تخصیص یافته‌اند. وضعیت‌ها یا این که حالت‌های کوانتومی هم خواص‌های خارق‌العاده‌ای دارا هستند و پژوهشگران اطمینان دارا‌هستند از یک گره می‌قدرت برای تله‌پورت وسعت متعددی از داده‌ها بهره مند شد.
چه نوع اطلاعاتی را می‌قدرت با وب کوانتومی فرستاد که شباهت متعددی به نشانی اینترنتی یا این که داده ها شبیه ندارد؟ درواقع، غرض مهم وب کوانتومی جایگزین‌کردن وب کلاسیک وجود ندارد؛ بلکه دانشمندان امیدوار می باشند وب کوانتومی درکنار وب کلاسیک برای هدف ها ویژه استعمال شود؛ چون وب کوانتومی قادر است وظایف را بسیار سریع‌خیس از وب کلاسیک انجام دهد؛ وظایفی که اجرای آن ها حتی برای شایسته ترین ابرکامپیوترهای کنونی هم مشقت بار میباشد.
آینده‌ی وب کوانتومی
در موقعیت فعلی، پژوهشگران نحوه درهمتنیدگی فی مابین کیوبیتها را میدانند و با برد درهمتنیدگی را برای QKD بهبود داده‌اند. چین یکی‌از سرمایه‌گذاران بلندمدت کانال‌های کوانتومی میباشد که رکورد درهمتنیدگی ماهواره‌ای را شکسته میباشد. جدیدا، محققان چینی پیروز گردیده‌اند درهمتنیدگی ساخت و ساز نمایند و به QKD در فاصله بی‌سوابق‌ی ۱۲۰۰ کیلومتری دست یابند.
مرحله‌ی بعدی ارتقا مقیاس زیرساخت‌ها میباشد. کل تست‌هایی که تا به امروز صورت گرفته‌اند، فقط به دو نقطه‌ی انتهایی تخصیص یافته‌اند. پژوهشگران بعد از وصال به مقصود ارتباطات نقطه‌به‌نقطه، سرگرم عمل روی کانالای با یکسری فرستنده و چندین گیرنده می باشند که بتوانند ازطریق وب کوانتومی در مقیاس جهانی با یکدیگر رابطه برقرار نمایند.
مقصود مهم محققان یافتن شیوه‌های برتر برای ایجاد تعداد متعددی از کیوبیت‌های درهم‌تنیده در فاصله‌های دوردست و برقراری رابطه همزمان در بین نقاط متعدد میباشد. اما اجرای این ایده در فعالیت بسیار دشوارتر میباشد. به عنوان مثال، به‌مراد محافظت درهمتنیدگی دربین
همینطور در دعوا ساخت درهمتنیدگی، هر مرزو بوم فناوری متفاوتی تعیین می‌نماید. به عنوان مثال، درحالی‌که چین فناوری ماهواره‌ای را تعیین نموده است، فیبر نوری برای وزارت دفاع آمریکا در حق تقدم جای‌دارد. وزارت دفاع این میهن در ادامه ساخت و ساز کانالای از تکرارکننده‌های کوانتومی میباشد که بتوانند فاصله‌های طولانی در میان کیوبیت‌های درهم‌تنیده را پوشش دهند.
در آمریکا، درهمتنیدگی ذرات ازطریق فیبر نوری در «رینگ‌ی کوانتومی» ۸۴ کیلومتری حریم شیکاگو محافظت میگردد. برای این فاصله به تکرارکننده‌ی کوانتومی نیازی وجود ندارد و به‌زودی، این کانال به یکی‌از آزمایشگاه‌های DoE وصل شود. درمقابل دیگر در اروپا، اتحادیه‌ی وب کوانتومی در سال ۲۰۱۸ برای گسترش‌ی استراتژی وب کوانتومی تشکیل شد و سال پیشین، به درهمتنیدگی برای فاصله ۵۰ کیلومتری دست یافت.
در جایگاه‌ی اولیه، غرض اساسی و پایانی دانشمندان کوانتومی گسترش‌ی مقیاس کانال‌ها در مقیاس ملی میباشد و روزی این مقیاس فی مابین‌المللی شود. تعداد متعددی از پژوهشگران معتقدند این واقعه بسیار زودتر از یکسری ده سال صورت خواهد بخشید. با‌یقین، وب کوانتومی پروژه‌ای بلندمدت با سختی ها فنی بسیار میباشد؛ ولی خروجی‌های غیرمنتظره‌ای هم از این پروژه به‌دست خواهند آمد که‌این هجرت علمی را گرانبها خواهند کرد. این پروژه با اپلیکیشن‌های بی‌شمار کوانتومی یاروهمدم شود که درحال‌حاضر، شاید نتوان آنها‌را ظریف پیش‌بینی کرد.
- ۹۹/۰۷/۱۲