اینترنت کوانتومی از رویا تا واقعیت

به گزارش کاگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ سال میلادی 2016 تقریباً در چنین روزهایی اولین ماهواره‌ی کوانتومی توسط چین به فضا پرتاب شد. این ماهواره که وزنی معادل 635 کیلوگرم دارد به جای ارسال و دریافت امواج رادیویی، از فوتون‌های نور مادون قرمز برای جابه‌جایی اطلاعات استفاده می‌کند. به علاوه متخصصان امنیتی بسیاری در زمان آزمایش آن اعلام کردند فناوری مذکور که با نام ارتباطات کوانتومی شناخته می‌شود، امن‌ترین نوع آن تا این لحظه به شمار می‌رود.
محققان به آزمایش‌های خود ادامه داده و در تابستان سال 2017 اعلام کردند توانسته‌اند پیامی را با موفقیت بین ماهواره‌ی «Micius» و چندین ایستگاه زمینی جابه‌جا بکنند.
دانشمندان توضیح دادند اگر پیام‌های کوانتومی به عنوان نامه در نظر گرفته شوند، فوتون‌ها پاکت‌های نامه به شمار می‌روند که پیام‌ها را با خود حمل کرده و امن نگاه می‌دارند.
جین-وی پان (Jian-Wei Pan) یکی از محققان دانشگاه علوم و فناوری چین و شخصی که تحقیقات مذکور را رهبری می‌کند گفت:

من می‌خواهم ماهواره‌های کوانتومی بیشتری را تا 5 سال آینده به فضا پرتاب کنم.

پان امیدوار است فناوری ماهواره‌های کوانتومی تا سال 2030 در چند کشور دیگر نیز گسترش پیدا کند و انتظار دارد در 13 سال آینده «اینترنت کوانتومی» (quantum internet) به وجود آید.
به معنای بسیار ساده اینترنت کوانتومی شامل چندین ماهواره است که داده‌ها را از طریق سیگنال‌های کوانتومی بین یکدیگر جابه‌جا می‌کنند؛ اما متخصصان نیز نمی‌توانند پیش‌بینی کنند بعد از آن چه چیزی انتظار آن‌ها را خواهد کشید.
توماس جنوین (Thomas Jennwein)، فیزیکدان دانشگاه واترلو گفت:

اینترنت کوانتومی یک واژه‌ی مبهم است. مردم و همچنین من علاقه‌مندیم از آن استفاده کنیم؛ اما هیچ توضیح دقیق و واقعی از مفهوم آن وجود ندارد.

در واقع بیشتر فناوری‌های امروزی همچنان در مراحل اولیه‌ی خود قرار داشته و به عنوان مثال فیزیکدان‌ها هنوز نمی‌توانند سیگنال‌های کوانتومی را کنترل یا دست‌کاری بکنند. ماهواره‌های کوانتومی شاید قابلیت ارسال و دریافت سیگنال‌ها را داشته باشد؛ اما قابلیت ذخیره‌سازی اطلاعات را ندارد و در بهترین حالت، زیر یک ساعت از اطلاعات نگهداری می‌کند. از طرفی محققان نیز هنوز نتوانسته‌اند ماده‌ی مناسبی را برای ساخت بهترین نوع حافظه‌ی کوانتومی کشف بکنند. آن‌ها حتی مطمئن نیستند که نحوه‌ی جابه‌جایی سیگنال‌ها، مخصوصاً بین گره‌های اینترنت کوانتومی آینده به چه طریقی باید صورت بگیرد.
 تحت پوشش قرار دادن زمین با این فناوری بسیار هزینه‌بر است به‌گونه‌ای که نمونه‌ی ایجاد شده توسط پان 100 میلیون دلار هزینه داشته است. انجام این کار از طریق ایستگاه‌های زمینی و فیبر نوری نیز ایده‌ی مناسبی به نظر نمی‌رسد؛ زیرا سیگنال‌های کوانتومی بعد از هر 96 کیلومتر از بین خواهند رفت. به علاوه نمی‌توان این سیگنال‌ها را از طریق تقویت کننده‌ی امروزی نیز کنترل کرد. در نتیجه محققان در حال ایجاد ابزار ویژه‌ای به نام «تکرارکننده‌های کوانتومی» (quantum repeaters) هستند که امکان ارسال امواج به فاصله‌های بسیار دورتر را فراهم می‌کند.
انجام تحقیقات یاد شده زمان بر است و حتی اگر پان بتواند تا زمان مورد نظر شبکه‌ی بین‌المللی مطلوب خود را ایجاد کند، قابلیت رسیدگی به خوراک‌های شبکه‌ی اجتماعی مردم را نخواهد داشت و حتی ممکن است خود مردم نیز چنین چیزی را نخواهند. ایجاد شدن یک فناوری کوانتومی، به تنهایی نمی‌تواند دلیلی بر بهتر بودن آن باشد.
کای-می فو (Kai-Mei Fu)، فیزیکدان دانشگاه واشنگتن گفت:

در بسیاری از موارد، درک بسیاری از مکانیک‌های ارتباط کوانتومی وجود ندارد.

وی توضیح داد سیگنال‌های کوانتومی خواص عجیبی مانند ابررساناها دارند و احتمالاً موقعیت مواد در آن به صورت توزیع شده بوده و مکان دقیقی نیز ندارند. در مقابل هنوز هم می‌توان بیشتر ارتباطات بین انسان‌ها را از طریق صفر و یک‌های سنتی و از طریق شبکه‌ی برق انجام داد.
اینترنت کوانتومی احتمالاً در آینده‌ی نزدیک می‌تواند به عنوان شاخه‌ای از اینترنت به حساب آید. همچنین گروه‌های مختلفی از پژوهشگران سراسر دنیا هم‌اکنون در حال توسعه‌ی تراشه‌هایی هستند که امکان برقراری ارتباط با شبکه‌های کوانتومی را به رایانه‌های امروزی می‌دهد. در چنین شرایطی مردم بیشتر وقت خود را با محاسبات کلاسیک سپری کرده و تنها برای انجام کارهایی خاص به شبکه‌های کوانتومی مراجعه می‌کنند.
برای مثال رناتو رنر (Renato Renner)، فیزیکدان موسسه فناوری فدرال زوریخ سوییس (ETH Zurich)، گفت:

شما ممکن است رایانه‌ی سنتی خود را به شبکه‌ی کوانتومی متصل کنید تا پیامی را با استفاده از رمزنگاری کوانتومی برای مخاطب خود ارسال بکنید.

فرستنده در رمزنگاری کوانتومی از کلید رمزنگاری خاصی که اطلاعات را به شکل کوانتومی رمز می‌کند استفاده خواهد کرد و بر اساس قوانین کوانتومی اگر شخصی سعی کند آن را هک کرده و به آن دست پیدا کنند، داده‌ها از بین خواهند رفت.
فو گفت:

اینترنت کوانتومی می‌تواند در زمینه‌ی انجام محاسبات کوانتومی مفید واقع شود.

شرکت‌هایی مانند گوگل و آی.بی.ام در حال توسعه‌ی رایانه‌های کوانتومی خاص خود هستند که الگوریتم‌های خاصی را سریع‌تر از رایانه‌های امروزی اجرا و پردازش می‌کنند. آن‌ها به جای این که تلاش کنند تا رایانه‌های کوانتومی شخصی به فروش برسانند، دستاورد خود را در فضای ابری قرار داده و دسترسی به آن را از طریق اینترنت فراهم کرده‌اند. با وجود این مردم ممکن است بخواهند در زمانی که محاسباتشان در حال انجام شدن است، اطلاعات با رمزنگاری کوانتومی بین رایانه‌ی شخصی و سامانه‌ی ابری مذکور جابه‌جا بشود.
فو ادامه داد:

مردم احتمالاً نمی‌خواهند در محلی که قابلیت شنود وجود دارد داده‌هایشان به صورت کلاسیک ارسال بشوند.

با وجود تمام موارد ذکر شده زمان بسیار زیادی لازم است تا اینترنت کوانتومی به اندازه‌ی نمونه‌ی فعلی گسترش پیدا کند.
جنوین گفت:

ما باید خوش‌شانس باشیم که دستیابی به نقطه‌ای که میلیاردها ابزار کوانتومی به یک شبکه‌ی مشابه متصل هستند و با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند را در طول زندگی خود مشاهده کنیم.