در نگاه اول، شاید اینترنت - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - کوانتومی موضوعی علمیتخیلی بهنظر برسد؛ اما ساخت شبکههای کوانتومی یکی از بلندپروازیهای مهم بسیاری از کشورهای جهان است. اخیرا وزارت دفاع ایالات متحده (DoE) استراتژی گامبهگام خود را برای تحقق رؤیای اینترنتی کوانتومی در چند سال آینده رونمایی کرد. ایالات متحده بههمراه - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - اتحادیهی اروپا و چین بر سر توسعهی ارتباطات کوانتومی رقابت میکنند. حال این سؤال مطرح میشود: اینترنت کوانتومی دقیقا چیست؟ چگونه کار میکند؟ چه اهدافی خواهد داشت؟
اینترنت کوانتومی شبکهای است که امکان مبادلهی اطلاعات بین دستگاههای کوانتومی را با استفاده از قوانین عجیب مکانیک کوانتومی فراهم میکند. ازنظر تئوری، اینترنت کوانتومی به قابلیتهای بیسابقهای - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - دست خواهد یافت که امکان اجرای آنها در وب کنونی ناممکن - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - است. در دنیای کوانتومی، دادهها در وضعیت کیوبیتی - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - رمزنگاری میشوند. وضعیتهای کیوبیتی را میتوان در دستگاههای کوانتومی مثل کامپیوتر یا پردازنده کوانتومی ایجاد کرد. - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - بهبیان ساده، اینترنت کوانتومی ارسال کیوبیتها در شبکهای متشکل از چند دستگاه کوانتومی است که ازنظر فیزیکی، مستقل از یکدیگر هستند. - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - تمام این ارتباطات بهلطف خواص عجیب و منحصربهفرد وضعیتهای کوانتومی محقق میشوند.
در نگاه اول، - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - شاید اینترنت کوانتومی مانند اینترنت استاندارد بهنظر برسد؛ اما ارسال کیوبیتها در کانالی کوانتومی بهجای - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - کانالی کلاسیک بهمعنی بهبود رفتار بیتها در مقیاس کوچکتر یا وضعیتهای کوانتومی است. ناگفته نماند قوانین فیزیک کوانتومی که روش انتقال داده در اینترنت کوانتومی را تعریف میکنند، هنوز کاملا آشنا نیستند. درواقع، میتوان گفت کاملا غریبه و حتی گاهی ماوراءالطبیعه - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - بهنظر میرسند. بنابراین، برای درک اکوسیستم کوانتومی اینترنت ۲/۰، بهتر است هرآنچه دربارهی محاسبات کلاسیک میدانید، فراموش - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - کنید؛ زیرا اینترنت کوانتومی - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - چندان نمیتواند مرورگرهای وب دلخواه شما را تداعی کند.
بهطور خلاصه، نمیتوان اطلاعات زیادی را با اینترنت کوانتومی مبادله کرد. برای مثال، حداقل برای چند دههی آینده نباید انتظار برگزاری جلسات Zoom کوانتومی را داشته باشید. کیوبیتها در مرکز ارتباطات کوانتومی قرار دارند و از قوانین بنیادی مکانیک کوانتوم استفاده میکنند - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - و رفتار آنها با بیتهای کلاسیک بسیار متفاوت است.
بیت کلاسیک برای رمزنگاری دادهها، تنها در یکی از دو حالت قرار میگیرد. درست مانند کلید لامپ میتواند خاموش یا روشن و زنده یا - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - مرده و صفر یا یک باشد؛ اما کیوبیتها رفتار متفاوتی دارند. درصورت برقرای شرایط ویژه، کیوبیتها میتوانند همزمان در دو حالت صفر و یک قرار بگیرند. چنین وضعیتی در دنیای کلاسیک وجود ندارد.
برای اندازهگیری عملکرد کیوبیت، باید یک حالت را به آن نسبت داد و اینجا است که تناقض بهوجود میآید. اندازهگیری کیوبیت - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - باعث میشود از وضعیت دوگانه خارج شود و درست مانند بیت کلاسیک در حالت صفر یا - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - یک قرار بگیرد. به این پدیده برهمنهی گفته میشود که یکی از هستههای اصلی مکانیک کوانتوم است. گفتنی است نمیتوان از کیوبیتها برای انتقال دادههای آشنایی مثل ایمیل یا پیامهای واتساپ استفاده کرد؛ اما رفتار عجیب کیوبیتها فرصتهای مغتنمی در زمینههای دیگر فراهم خواهد کرد.
یکی از شاخههای عجیب مرتبط با کیوبیتها امنیت است. در ارتباطات کلاسیک، اغلب - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - دادهها ازطریق توزیع کلیدی مشترک برای گیرنده و فرستنده و سپس استفاده از کلید مشترک - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - برای رمزنگاری پیام ایمن میشوند. سپس، گیرنده میتواند از کلید برای رمزگشایی دادهها استفاده کند. امنیت اغلب ارتباطات کلاسیک کنونی برپایهی الگوریتم تولید کلید است. دسترسی به این کلید برای هکرها دشوار است؛ اما ناممکن نیست؛ بههمیندلیل، پژوهشگران بهدنبال کوانتومیسازی ارتباطات هستند. این مفهوم - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - در مرکز زمینهی نوظهور امنیت سایبری بهنام - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - توزیع کلید کوانتومی (QKD) - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - قرار دارد.
در روش QKD، دو طرف بخشی از دادههای کلاسیک را با کلید کریپتوگرافی به کیوبیتها رمزنگاری میکنند. فرستنده کیوبیتها را برای شخص دیگری ارسال و گیرنده هم برای دستیابی به مقادیر کلید کیوبیتها را اندازهگیری میکند. اندازهگیری باعث فروپاشی وضعیت کیوبیت میشود؛ اما خواندن مقدار در فرایند اندازهگیری اهمیت زیادی دارد؛ درنتیجه کیوبیت برای انتقال مقدار کلید به کاربرده میشود.
از همه مهمتر با - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - QKD بهراحتی میتوان استراقسمع شخص ثالث را در طول انتقال کشف کرد؛ زیرا متجاوز فقط با نگاهکردن به کیوبیتها میتواند باعث فروپاشی آنها شود. اگر هکر - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - از هر - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - نقطهای به کیوبیتها نگاه کند، وضعیت کیوبیتها بهصورت خودکار - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - تغییر میکند. بدینترتیب، ردپایی از استراقسمع جاسوس بهجا میماند؛ بههمیندلیل، رمزنگارها معمولا QKD را روشی - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - کاملا ایمن میدانند.
فناوری QKD هنوز در آغاز راه است. درحالحاضر، روش متداول ساخت QKD ارسال کیوبیتها برای - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - گیرنده ازطریق کابلهای فیبر نوری در مسیری یکطرفه را شامل میشود؛ اما این کابلها کارایی پروتکل را بهطور چشمگیری محدود میکنند. کیوبیتها در کابلهای فیبر نوری، گم یا پراکنده میشوند؛ درنتیجه، بهشدت - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - در معرض خطا قرار میگیرند و برای طی مسافتهای طولانی دچار مشکل میشوند. آزمایشهای فعلی به مجموعهای از صدها کیلومتر فیبر - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - نوری محدود هستند. برای حل این مشکل باید خاصیت کوانتومی دیگر بهنام درهمتنیدگی بین دو دستگاه را بهبود داد.
وقتی دو کیوبیت با یکدیگر تعامل - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - میکنند و درهمتنیده - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - میشوند، خواص مشترکی پیدا میکنند که معمولا این خواص به یکدیگر وابسته - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - هستند. وقتی کیوبیتها در وضعیت درهمتنیده قرار دارند، هر تغییر در یکی از زوج ذرات به تغییر در ذرهی دیگر منجر میشود؛ حتی اگر دو ذره ازنظر فیزیکی جدا از یکدیگر باشند. وضعیت کیوبیت اول را میتوان با بررسی رفتار همتای درهمتنیدهی آن قرائت کرد. آلبرت اینشتین به این حالت رفتار شبحوار میگوید. درزمینهی ارتباطات کوانتومی، از درهمتنیدگی میتوان برای ارسال اطلاعات از کیوبیتی به جفت درهمتنیدهی آن استفاده کرد و دیگر به برقراری کانال فیزیکی بین مبدأ و مقصد نیازی نیست.
طبق تعریف، تلهپورت بهمعنی نبود اتصال شبکهی فیزیکی بین دستگاههای ارتباطی است؛ اما برای تلهپورت در درجهی اول به ایجاد و حفظ درهمتنیدگی نیاز است. برای حمل QKD ازطریق درهمتنیدگی، ایجاد زیرساختی مناسب برای حمل زوج کیوبیتهای درهمتنیده و سپس توزیع آنها بین فرستنده و گیرنده - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - ضروری است. بدینترتیب، کانال تلهپورتی برای مبادلهی کلیدهای رمزنگاری ایجاد میشود. پس از ساخت کیوبیتهای درهمتنیده، باید نیمی از زوج کیوبیت را به گیرندهی کلید ارسال کنید. برای مثال، کیوبیت درهمتنیده میتواند شبکههای فیبر نوری را طی کند؛ اما این شبکهها نمیتوانند درهمتنیدگی را بهاندازهی ۹۶ کیلومتر حفظ کنند.
درهمتنیدگی کیوبیتها را میتوان در مسافتهای دوردست ازطریق ماهواره حفظ کرد؛ اما پوشش دستگاههای کوانتومی خارج از زمین پرهزینه است. هنوز برای ساخت شبکههای تلهپورت که بتوانند به شیوهای مؤثر کیوبیتهای سراسر جهان را به یکدیگر وصل کنند، مشکلات متعددی پیش رو است. بااینحال با وجود شبکهی درهمتنیده، تمام - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - این مشکلات حل خواهند شد؛ زیرا کیوبیتهای درهمتنیده برای انتقال پیام - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - به زیرساختهای فیزیکی نیازی نخواهند داشت.
در طول انتقال، کلید کوانتومی برای اشخاص ثالث - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - نامرئی خواهند ماند و استراقسمع از آن ناممکن میشود؛ درنتیجه، ارتباطی ایمن از مبدأ به مقصد شکل میگیرد. چنین زیرساختی برای صنایع حساس مثل بانکداری یا خدمات درمانی یا ارتباطات - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - هوایی مناسب است. همچنین، دولتها که از اطلاعات محرمانه استفاده میکنند، - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - از اولین تطبیقدهندگان این فناوری خواهند بود.
شاید بپرسید وقتی پژوهشگران میتوانند راههای سادهتری برای بهبود شکل عادی QKD پیدا کنند، چه نیازی به درهمتنیدگی است. برای مثال، تکرارکنندگان کوانتومی میتوانند مسافتهای زیادی را پوشش دهند و هم به - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - درهمتنیدگی کیوبیتها نیازی ندارند. - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - باوجوداین، درهمتنیدگی قابلیتهای زیادی دارد. QKD تنها یکی از مثالهای متداول و یکی از اهداف اینترنت کوانتومی است. از شبکههای درهمتنیده میتوان بهعنوان راهی امن برای ساخت خوشههای - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - کوانتومی متشکل از کیوبیتهای درهمتنیده استفاده کرد.
پژوهشگران برای اتصال به اینترنت کوانتومی به سختافزار کوانتومی ویژهای نیازی ندارند. درواقع، تنها یک پردازندهی تککیوبیتی هم میتواند اتصال را برقرار کند؛ اما ازآنجاکه کامپیوترهای کوانتومی قابلیتهای محدودی دارند، دانشمندان بهدنبال راهی برای ساخت ابرکامپیوترهای کوانتومی هستند.
با اتصال تعداد زیادی از دستگاههای کوانتومی کوچکتر به یکدیگر، - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - اینترنت کوانتومی میتواند مسائلی را حل کند که حلشان تنها با یک کامپیوتر کوانتومی ناممکن است. این - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - روند سرعت تبادل دادههای انبوه و اجرای آزمایشهای عظیم ستارهشناسی و اکتشافات ماده و علوم - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - زیستی را افزایش خواهد داد. بههمیندلیل، قبل از آنکه غولهای فناوری مثل گوگل و IBM به برتری کوانتومی برسند، دانشمندان بهدنبال پیبردن به مزایای بیشتری از این فناوری هستند. طبق تعریف برتری - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - کوانتومی، - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - کامپیوتر کوانتومی میتواند مسائلی را حل کند که حل آنها برای کامپیوترهای کلاسیک ناممکن یا دشوار است.
درحالحاضر، - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - پیشرفتهترین کامپیوترهای کوانتومی گوگل و IBM با ۵۰ کیوبیت فعالیت میکنند. این میزان برای اجرای محاسبات و حل مسائل پژوهشی ناکافی است. افزونبراین، اتصال چنین دستگاههایی - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - ازطریق درهمتنیدگی کوانتومی میتواند به خوشههایی با هزاران کیوبیت منجر شود. برای بسیاری از دانشمندان، ساخت چنین کامپیوترهایی هدف نهایی پروژهی اینترنت کوانتومی است.
شاید نتوان در آیندهای نزدیک از اینترنت - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - کوانتومی برای مبادلهی دادهها بهشیوهی معمول استفاده کرد. اینترنت کوانتومی در مقیاس انبوه حداقل به چند دهه پیشرفت فناوری نیاز دارد. با اینکه تعداد زیادی از دانشمندان رؤیای اینترنت کوانتومی را در سر میپرورانند، فعلا نمیتوان آن را - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - در مقیاس انبوه توسعه داد.
بسیاری از پژوهشهای کنونی ارتباطات کوانتومی به جستوجوی بهترین روشهای رمزنگاری و فشردهسازی و انتقال اطلاعات ازطریق وضعیتهای کوانتومی اختصاص یافتهاند. حالتها یا وضعیتهای کوانتومی هم خاصیتهای خارقالعادهای دارند و دانشمندان اطمینان دارند از - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - یک گره میتوان برای تلهپورت حجم زیادی از دادهها استفاده کرد.
چه نوع اطلاعاتی را میتوان با اینترنت کوانتومی ارسال کرد که شباهت زیادی به ایمیل یا اطلاعات مشابه ندارد؟ درواقع، هدف اصلی اینترنت کوانتومی جایگزینکردن اینترنت کلاسیک نیست؛ بلکه پژوهشگران امیدوار هستند اینترنت کوانتومی درکنار اینترنت کلاسیک برای اهداف ویژه استفاده شود؛ زیرا اینترنت کوانتومی میتواند وظایف را بسیار سریعتر از اینترنت کلاسیک انجام دهد؛ وظایفی که اجرای آنها حتی برای بهترین ابرکامپیوترهای کنونی هم دشوار است.
در وضعیت فعلی، دانشمندان روش درهمتنیدگی - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - بین کیوبیتها را میدانند و با موفقیت درهمتنیدگی را - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - برای QKD بهبود دادهاند. چین یکی از سرمایهگذاران بلندمدت شبکههای کوانتومی است که رکورد درهمتنیدگی ماهوارهای را شکسته است. اخیرا، دانشمندان چینی موفق شدهاند درهمتنیدگی ایجاد کنند - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - و به QKD در مسافت بیسابقهی ۱۲۰۰ کیلومتری دست یابند.
مرحلهی بعدی افزایش مقیاس زیرساختها است. تمام آزمایشهایی که تاکنون - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - انجام شدهاند، تنها به دو نقطهی - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - انتهایی اختصاص یافتهاند. دانشمندان پس از رسیدن به - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - هدف ارتباطات نقطهبهنقطه، مشغول کار روی شبکهای با چند فرستنده و - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - چند گیرنده هستند که بتوانند ازطریق اینترنت - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - کوانتومی در مقیاس جهانی - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
هدف اصلی دانشمندان یافتن روشهای برتر برای تولید تعداد زیادی - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - از کیوبیتهای درهمتنیده در مسافتهای دوردست و برقراری ارتباط همزمان - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - بین نقاط مختلف است. البته اجرای این ایده در عمل بسیار دشوارتر است. برای مثال، بهمنظور حفظ درهمتنیدگی بین دستگاهی در چین و دستگاهی در ایالات متحده به گرهای واسطه و پروتکلهای مسیریابی جدید نیاز است.
همچنین در بحث ایجاد درهمتنیدگی، هر کشور فناوری متفاوتی انتخاب میکند. برای مثال، درحالیکه چین فناوری - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - ماهوارهای را انتخاب کرده است، فیبر نوری برای وزارت دفاع ایالات متحده در اولویت قرار دارد. وزارت دفاع این کشور بهدنبال ایجاد شبکهای از تکرارکنندههای کوانتومی است که بتوانند مسافتهای - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - طولانی بین کیوبیتهای درهمتنیده را پوشش دهند.
در ایالات متحده، درهمتنیدگی ذرات ازطریق فیبر نوری در «حلقهی کوانتومی» ۸۴ کیلومتری اطراف شیکاگو - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - حفظ میشود. برای این مسافت به تکرارکنندهی کوانتومی نیازی نیست و بهزودی، این شبکه به یکی از آزمایشگاههای DoE وصل خواهد شد. درمقابل دیگر در اروپا، - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - اتحادیهی اینترنت کوانتومی در سال ۲۰۱۸ برای توسعهی استراتژی اینترنت کوانتومی تشکیل شد و سال گذشته، به درهمتنیدگی برای مسافت ۵۰ کیلومتری دست یافت.
در درجهی اول، هدف اصلی و نهایی پژوهشگران کوانتومی توسعهی مقیاس شبکهها در مقیاس ملی است و روزی این مقیاس بینالمللی خواهد شد. تعداد زیادی از دانشمندان معتقدند این اتفاق بسیار زودتر از چند دهه رخ خواهد داد. بدون شک، اینترنت کوانتومی پروژهای بلندمدت با موانع فنی بسیار است؛ اما خروجیهای غیرمنتظرهای هم از این پروژه بهدست خواهند آمد که این سفر علمی را ارزشمند خواهند کرد. این پروژه با برنامههای بیشمار کوانتومی همراه خواهد شد - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - که درحالحاضر، شاید نتوان آنها را - شماره تعمیرکار یخچال ساید جی تگ ارزان - دقیق پیشبینی کرد.