اینترنت کوانتومی نزدیک است: تحول تا سرعت نور با نسل جدید اینترنت

اینترنت کوانتومی در راه است! اما این نسل جدید اینترنت کوانتومی را می‌شناسیم؟ به طور کلی اینترنت کوانتومی چیست؟

اینترنت کوانتومی چیست؟

در فوریه سال 2020، دانشمندان آزمایشگاه ملی ارگون و وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا و دانشگاه شیکاگو فاش کردند که به یک گره کوانتومی دست یافته‌اند که طی واکنشی یک جفت ذره ریز، به هم پیوند می‌خورند، به طوری که دارای حالت‌های یکسان می‌شوند .

ممکن است از خود بپرسید که این همه سر و صدا برای چه چیزی است؟ اگر دانشمند مکانیک کوانتومی نیستید اینکه موضوع را درک نکنید طبیعی است. مطالب عنوان شده به این معنی است که ماده و انرژی را در حال انجام رفتاری در کوچکترین مقیاس درک شده در واقعیت، دریابیم و این اتفاق به طرز عجیبی با جهانی که می‌شناسیم غریبه است!

.اما شاهکار محققان امروز، می‌تواند گامی مهم در جهت توسعه یک نسل و نسخه بسیار قدرتمندتر از اینترنت در چند دهه آینده باشد

اینترنت کوانتومی آینده، به جای واحد بیت که شبکه ارتباطات امروزی از آن استفاده می‌کند و فقط می‌تواند مقداری از 0 یا 1 را بیان کند، از واحد کیوبیت (quibit یک واحد اطلاعاتی برای کامپیوتر‌های کوانتومی خواهد بود مثل واحد بیت برای رایانه‌های امروزی) برای اطلاعات کوانتومی استفاده می‌کند، که می‌تواند تعداد بی‌نهایت از مقادیر حجم و داده را به خود اختصاص دهد.
این امر باعث پهنای باند بیشتر در مسیر اینترنت کوانتومی می‌شود که امکان اتصال رایانه‌های کوانتومی بسیار قدرتمند و سایر دستگاه‌ها و اجرای برنامه‌های عظیم را فراهم می‌کند که با اینترنت فعلی و نسل امروزی رایانه‌ها، امکان پذیر نیست.

دیوید اوشالوم از طریق ایمیل توضیح می‌‌دهد:

“اینترنت کوانتومی بستر یک اکوسیستم کوانتومی خواهد بود، جایی که رایانه‌ها، شبکه‌ها و سنسور‌ها اطلاعات را به روش کاملاً جدیدی تبادل می‌کنند که در آن حس کردن، ارتباطات و محاسبه به معنای واقعی کلمه با هم به عنوان یک موجودیت مشترک کار می‌کنند.”

او یک استاد اطلاعات اسپینترونیک و کوانتوم در دانشکده مهندسی مولکول پریتزکر در دانشگاه شیکاگو و یک دانشمند ارشد در آرگون است که پروژه حلقه کوانتوم را رهبری می‌کند .

معرفی و توضیح مفهموم کوانتوم و اینترنت کوانتومی:

چرا به اینترنت کوانتومی نیاز داریم، این نسل اینترنت چه کمکی می‌کند و چه تحولاتی را ایجاد می‌کند؟

برای کاربران عادی، اینترنت کوانتومی جایگزین اینترنتی که در حال حاضر داریم نخواهد بود بلکه این نسل جدید اینترنت مکمل و شاخه‌ای از اینترنت فعلی خواهد بود. این نسل از اینترنت می‌تواند بسیاری از مشکلات اینترنت امروزی را بهبود ببخشد و حل کند. برای مثال نسل کوانتومی اینترنت و یک سیستم کوانتومی، محافظت و امنیت بسیار بیشتری در برابر هکرها و مجرمان سایبری ارائه می‌دهد.

برای مثال اگر فردی در کالیفرنیا پیامی بفرستد و این پیام از خط مستقیمی عبور کند و به شخص دیگری که در نیویورک زندگی می‌کند از طریق اینترنت برسد؛ این پیام از همین خط مستقیم به یک مرکز می‌رود و در این مسیر امکان تخریب آن وجود دارد.

پس از رسیدن به آن مرکز به مرکز دیگر ارسال می‌شود، خوانده می‌شود خطاهایش اصلاح و ساختارش تقویت می‌شود؛ اما در همین حین این فرایند به هکرها اجازه می‌دهد تا نفوذ کنند و پیام را ردیابی و رهگیری کنند.

با این حال، یک پیام کوانتومی چنین مشکلی نخواهد داشت. شبکه‌های کوانتومی از ذرات فوتون نوری برای ارسال پیام‌ استفاده می‌کنند که در برابر حملات سایبری آسیب پذیر نیستند. ری نیول، محقق در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، می‌گوید به جای رمزگذاری پیام با استفاده از پیچیدگی‌های ریاضی، به قوانین عجیب و غریب فیزیک کوانتوم اعتماد خواهیم کرد.

اطلاعات کوانتومی

اطلاعات کوانتومی قابل کپی شدن یا برش خوردن نیستند، و حتی اگر سعی به نفوذ و رهگیری پیامی بکنید آن پیام به طور کامل حذف خواهد شد، بدون اینکه از خود ردی بگذارد و حتی قابل مشاهده نیز نیستند. تغییرات روی اطلاعات کوانتومی اثر خود را به جای می‌گذارند. اینترنت کوانتومی رمز گذاری و ایمنی را فراتر از هرچیز قابل تصوری فراهم می‌کند.

سومیت خاتری، محقق دانشگاه ایالتی لوئیزیانا در باتون روژ، در نامه‌ای الکترونیکی می‌گوید: آسانترین راه برای درک اینترنت کوانتومی، توجه به مفهوم تله پورت کوانتومی است.

او و همکارانش مقاله‌ای در مورد امکان پذیری اینترنت کوانتومی نوشتند، که در آن ذکر شده ماهواره‌ها به طور مداوم فوتون‌های درهم پیچیده را تا سطح زمین پخش می‌کنند، همان‌طور که در این مقاله برای بررسی اینترنت کوانتومی چنین توضیحی دادیم.

خاتری می‌گوید:

تله پورت كوانتومی برخلاف آنچه ذهن فرد غیر دانشمند و متخصص ممكن است تصور کند شباهتی به فیلم‌های علمی تخیلی ندارد.

در حمل و نقل کوانتومی، دو نفر که می‌خواهند با هم ارتباط برقرار کنند، یک جفت ذره کوانتوم را که به هم گره خورده‌اند به اشتراک می‌گذارند. سپس، در دنباله‌ای از عملیات، فرستنده می‌تواند هرگونه اطلاعات کوانتومی را به گیرنده ارسال کند (اگرچه این امر سریعتر از سرعت نور انجام نمی‌شود، که یک تصور غلط و رایج است). این مجموعه از درهم تنیدگی مشترک بین افراد در سراسر جهان، پایه و اساس اینترنت کوانتومی را تشکیل می‌دهد. هدف اصلی تحقیق این است که چگونه می توان این جفت‌های درهم تنیده را به بهترین شکل برای افراد پخش شده در سراسر جهان توزیع کرد.

هنگامی که انجام این کار در مقیاس گسترده امکان پذیر باشد، اینترنت کوانتومی به قدری سریع خواهد شد که می‌توان ساعتهای آینده را دقیقاً هزار برابر بهترین ساعتهای اتمی موجود در بازارهای امروز هماهنگ کرد، همانطور که مجله Cosmos جزئیات آن را توضیح می‌دهد؛ این امر ناوبری GPS را بسیار دقیق‌تر از امروز می‌کند و به طور جزئی از میدان گرانشی زمین نقشه برداری می‌کند، به طوری که دانشمندان می‌توانند امواج گرانشی را امتحان و بررسی کنند. همچنین این امکان را فراهم می‌کند که فوتون ها را از تلسکوپ‌های نور مرئی و خانگی در سراسر زمین گردآوری کرده و آنها را به یک رصدخانه مجازی غول پیکر متصل کنیم.

نیکلاس پیترز، رهبر گروه علوم اطلاعات کوانتوم در آزمایشگاه ملی اوک ریج می‌گوید: شما به طور بالقوه می‌توانید سیارات را در اطراف سایر ستارگان مشاهده کنید.

همچنین ممکن است شبکه‌های رایانه‌های کوانتومی فوق‌العاده قدرتمند در سراسر جهان با هم و همزمان کار کنند و شبیه‌سازی‌های فوق‌العاده پیچیده‌ای را ایجاد کنند. این ممکن است محققان را قادر به درک بهتر رفتار مولکول‌ها و پروتئین‌ها، و تولید و آزمایش داروهای جدید کند.

:همچنین ممکن است به فیزیکدانان کمک کند تا برخی از اسرار طولانی جهان ماده را حل کنند. نیوول می‌گوید

ما تصویری کامل از نحوه کار جهان نداریم. ما درک خوبی از نحوه کار مکانیک کوانتوم داریم‌، اما تصویری کاملاً واضح از پیامدها نیست. در جایی که مکانیک کوانتوم با تجربه زیسته شده ما تلاقی می‌کند‌، تصویر تار است

چالش‌های ایجاد اینترنت کوانتومی

اما قبل از وقوع هر یک از این موارد، محققان باید نحوه ساخت اینترنت کوانتومی را بفهمند و با توجه به عجیب بودن مکانیک کوانتوم، این کار آسان نخواهد بود. پیترز می‌گوید: در دنیای کلاسیک می‌توانید اطلاعات را رمزگذاری کرده و ذخیره کنید بدون اینکه از بین بروند اما در دنیای کوانتوم، شما اطلاعات را رمزگذاری می‌کنید و تقریباً بلافاصله از بین می‌روند.

مشکل دیگر این است که چون مقدار انرژی متناظر با اطلاعات کوانتومی واقعاً کم است، جلوگیری از تعامل با دنیای خارج دشوار است. نیوول می‌گوید:

امروزه در بسیاری از موارد، سیستم‌های کوانتومی فقط در دمای بسیار پایین کار می‌کنند. گزینه دیگر کار در خلا و پمپ کردن تمام هوا به بیرون است.

نیول می‌گوید: برای رسیدن به این هدف و ایجاد عملکرد اینترنت کوانتومی به این شکل، ما به انواع سخت افزارهایی که هنوز توسعه نیافته‌اند نیاز خواهیم داشت. بنابراین دشوار است که در این مرحله به صورت دقیق و صحیح بگوییم که اینترنت کوانتومی دقیقاً چه زمانی آماده و فعال خواهد شد، هرچند یک دانشمند چینی تصور کرده است که این اتفاق می‌تواند به محض ورود به سال 2030 رخ دهد.

منبع : electronicshowstuffworks