جهان آینده در دستان تکنولوژی کوانتومی/ امنیت اطلاعات را پیش خرید کنید

توسعه خیره کننده فناوری‌های نوین ضرورت بازنگری در علوم و فنون جدید را اهمیتی دوچندان کرده است، ورود و ظهور این دگرگونی‌ها تحولات زیادی را در کشور‌ها به دنبال داشته به طوری که در زمینه‌های سلامت، امنیت، ارتباطات، محاسبات، علوم زیستی و ... درخصوص کاربردهای کوآنتوم کار شده است.

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری از لرستان؛ اصطلاح کُوانتوم  در فیزیک به کمترین مقدار ممکن از یک کمیت، مقدار پایه یا یک کوانتم آن کمیت می‌گویند.

نظريه كوانتومي

نظريه كوانتومي كه با نام هاي فيزيك كوانتومي يا مكانيك كوانتومي نيز شناخته مي شود، شاخه اي ازفيزيك است كه رفتار و برهم كنش ماده و انرژي را در مقياس ذرات ريز اتمي و در دماي پايين مورد بررسي قرار مي دهد. مرتبه و مقدار بزرگي اين ذرات در حال بر هم كنش را با يك ثابت فيزيكي بسيار كوچك به ام ثابت پلانك مقايسه مي كنند.

كوچكترين ذرات تشكيل دهنده ي نور را كه امكان ديدن تك تك آن ها وجود ندارد، فوتون مي نامند، بنابراين به يك ذره كوانتومي از تابش الكترومغناطيسي، فوتون مي گويند .

به كوچكترين واحد يك كميت يا كوچكترين بخش هر چيزي، كوانتوم گفته مي شود. پس يك كوانتوم از انرژي الكترومغناطيسي را يك فوتون نام گذاري مي كنند كه با سرعت نور منتشر مي شود.

در ارتباطات كوانتومي، اطلاعاتي كه بايد مخابره شود روي فوتون ها سوار مي شود و سپس در فضاي آزاد ويا فيبر نوري با ضريب اتلاف اطلاعات پايين، انتقال مي يابد. در مخابرات كوانتومي از فوتون هاي در هم تنيده بهره گرفته مي شود كه منجر به افزايش سرعت، امنيت و ظرفيت انتقال داده ها مي شود. در مخابرات كلاسيكي ما با اتلاف اطلاعات و همچنين عدم امنيت در ارتباطات مواجه مي شويم، اما در مخابرات كوانتومي مي توان با استفاده از فوتون ها در پديده فرابرد كوانتومي، اتلاف اطلاعات و امنيت ارتباطات را بهينه سازي نماييم. در انتقال اطلاعات كوانتومي، به جاي بيت ها از كيوبيت ها استفاده مي شود .كيوبيتواحد پايه پردزاش كوانتومي و رمز نگاري كوانتومي است.

جهان آينده ، جهان فناوري هاي پيشرفته كوانتومي خواهد بود

با ورود جامعه بشري به هزاره سوم ميلادي رويكرد كشورهاي پيشرفته در مسير فناوريهاي جديددستخوش تغييرات بنيادين شده است. توسعه خيره كننده فناوريهاي نوين ضرورت بازنگري در علوم وفنون جديد را اهميتي دوچندان كرده است. ورود و ظهور اين دگرگونيها تحولات زيادي را در كشورها به دنبال داشته به طوري كه در زمينههاي سلامت، امنيت، ارتباطات، محاسبات، علوم زيستي و ... درخصوص كاربردهاي كوآنتوم كار شده است. بسياري از شركتهاي توسعه يافته سرمايه گذاريهاي زيادي را درفناوريهاي جديد به ويژه كوآنتومي داشته اند و ساخت حسگرهاي مختلفي را در برنامه توليد خود قرار داده اند. از اين رو سازمان انرژي اتمي برنامه جديدي در حوزه فناوريهاي كوآنتومي را در دستور كار خود قرارداده است.

 

منظور از فناوري هاي كوانتومي چيست؟

فناوري هاي كوانتومي ، فناوري هايي هستند كه از ويژگي هاي موجود در در سطح كوانتومي (مقياس ذرات بنيادي مانند الكترون ها و فوتون ها) استفاده مي كنند. فناوري هاي كوانتومي در بسياري از اكتشافات و اختراعات قرن اخير نقشي كليدي ايفاء مي كنند. از جمله حوزه هاي كاربردي فناوري كوانتومي مي توان به حوزه ارتباطات، حسگرها و زيست شناسي كوانتومي اشاره نمود.

چه فناوري هايي نسل اولي و چه فناوري هايي نسل دومي هستند؟

مي توان به محصولاتي همچون ليزرها، ساعت هاي اتمي، موقعيت ياب هاي ماهواره اي و به صورت خاص در زمينه الكترونيك، به رايانه ها، ارتباطات اينترنتي و تلفن همراه اشاره نمود. اين فناوري ها به اولين نسل فناوري كوانتومي موسوم است. نسل دوم فناوري هاي كوانتومي از پديدههاي كوانتومي همچون برهم نهي و درهم تنيدگي سرچشمه مي گيرد، كه كاربردهاي متحولكنندهاي را از محصولات زودبازده گرفته تا فناوري هاي جديدي كه براي توسعه و تحقيق به بيش از چند دهه نيازمندند، در بر ميگيرد ، پديده درهم تنيدگيكوانتومي، ارتباط و برهمكنش سيستم هايي كه دور از يكديگر قرار دارند را امكان پذير مي سازد.

 

معرفي زيست شناسي كوانتومي

زيست شناسي كوانتومي از رشتههاي نوظهور در حوزه مطالعات مكانيك كوانتومي است كه طي دهه گذشته مطالعات وسيعي را به خود اختصاص داده است. ساختار شيميايي سامانههاي زيستي از مولكولهاي پيچيده در ابعاد نانو و زيرنانومتري شكل گرفته است. همانطور كه ميدانيم فيزيك كوانتوم بيشتر با پديدههاي ميكروسكوپي همچون الكترون، فوتون و اتمها سر و كار دارد. با توجه به نزديكي ابعاد و مقياسهاي دو علم زيستشناسي و فيزيك كوانتومي، به نظر ميرسد كه مكانيك كوانتومي در توصيف رفتار سامانههاي زيستي

بايد نقش داشته باشد.

در سالهاي اخير، برخي تحقيقات، دستآوردها و شواهد قوي و جديدي در اين حوزه وجود دارند كه نشان ميدهد قوانين مكانيك كوانتومي نقش مهمي در توصيف و توجيه برخي پديدههاي زيستي بازي ميكنند. اين موضوع اميدهايي را براي موفقيت اين رهيافت ايجاد كرده است كه در ادامه به برخي از اين پديدهها اشاره ميشود.

1. انتقال انرژي با بازدهي بالا در فرآيند فوتوسنتز: همدوسي و درهمتنيدگي

كوانتومي

2. اثرات كوانتومي در مغز

3. مسيريابي اسپيني و مغناطيسي پرندگان مهاجر و مكانيك كوانتومي

4. حس تك فوتون توسط چشم انسان

5. هك كردن زيستشناسي انسان

DNA 6. اثرات كوانتومي در

معرفي حوزه شبيه سازي

حوزه شبيه سازي كوانتومي به دو بخش شبيه سازي آزمايشگاهي و شبيه سازي كامپيوتري تقسيم مي شود.در شبيه سازي آزمايشگاهي كوانتومي، از سيستم هاي كوانتومي كه قابليت كنترل پذيري دارند براي بازتوليد رفتار سيستم هاي كوانتومي غيرقابل دسترس كه بررسي آن ها در آزمايشگاه دشوار است استفاده مي شود. معمولا شبيه سازي اين موارد براي رايانه هاي كلاسيك استاندارد ناكارآمد است. به طور كلي، شبيه-سازي كلاسيكي سيستم هاي كوانتومي نيازمند منابع زيادي است كه با بزرگ شدن اندازه سيستم افزايش پيدا مي كند.

به طور كلي هدف از شبيه سازي كوانتومي عبارت است از: شناسايي مدل هاي جالب و مهم كه براي شبيه سازي هاي كلاسيك به صورت محاسباتي دشوار هستند، توسعه ابزار اعتبارسنجي و تاييد نتايج حاصل از شبيه سازهاي كوانتومي و همچنين طراحي چيدمان هاي آزمايشي و كاربردي با اندازه كافي و در عين حال داراي تعداد درجه آزادي بالا براي كنترل پارامترهاي كوانتومي آن است

معرفي حوزه حسگرها و اندازه گيريهاي كوانتومي

امروزه با پيشرفت فناوري، امكان كنترل حالت هاي كوانتومي تك اتمي وجود دارد و اين حالت هاي كنترل شده كوانتومي، مي تواند به عنوان حسگرهاي كوانتومي استفاده شوند. با كمك فناوري كوانتومي مي توان حسگرهايي با بزرگي يك اتم جهت اندازه گيري هاي بسيار دقيق ، به دور از تداخل هاي ميدان هاي مغناطيسي و الكتريكي فراهم نمود. خواص اين حسگر از خواص غيركلاسيكي نور (اپتيك كوانتومي) و درهمتنيدگي كوانتومي ناشي مي شود. حالات نوري غيركلاسيكي، روش هاي تصويربرداري با وضوح فوق لعاده بالا را ممكن ساخته است كه در فناوري حسگرهاي جديد كاربرد فراوان دارند.

معرفي حوزه محاسبات كوانتومي

محاسبات كوانتومي كه از اثرات كوانتومي براي سرعت بخشيدن به محاسبات خاصي بهره ميبرد، ميتواند براي ساخت كامپيوترهاي كوانتومي مورد استفاده قرار گيرد. كامپيوتر كوانتومي بر مبناي استفاده از بيش از100 در يك فضاي حالت محاسباتي با تعداد حالتهاي پايه كوانتومي تا <N) صد كيوبيت كوانتومي عمل ميكند. موضوع محاسبات كوانتومي اولين بار با هدف شكستن كدهاي رمزنگاري شده N حد 2 پايهگذاري شد، لذا هدف اوليه خدشهدار كردن امنيت دادهها بوده است.

را (Extended Divincenzo Criteria) يك كامپيوتر كوانتومي بايد شرايط تعميم يافته ديوين چنزو برآورده كند، يعني بايد وسيلهاي باشد كه بر روي مجموعهاي از كيوبيتهاي قابل گسترش با ويژگيهاي زير عمل كند:

 

كيوبيتها براي انجام عمليات (Long coherence time) زمان همدوسي به حد كافي زياد محاسباتي (شامل پردازش و كنترل اطلاعات تا اندازه گيري(Initialization) قابليت تنظيم كيوبيتها روي يك حالت اوليه قابليت عملكرد گيتهاي منطقي بر روي مجموعهاي از كيوبيتها

قابليت اندازهگيري حالت نهايي كيوبيتها(Scalability) قابليت افزايش تعداد كيوبيتها قابليت تبديل كيوبيتهاي ايستا به كيوبيتهاي متحرك و بالعكس براي ايجاد ارتباطات قابليت انتقال اطلاعات كد شده بر روي كيوبيتها  با ايمني بالا پردازشگرهاي كوانتومي امروزه توسط تعدادي از سيستمهاي فيزيكي قابل پيادهسازي هستند.

 

 

 پردازشگرهاي كوانتومي كه برپايه چنين كيوبيتهايي تاكنون ساخته شدهاند، قابليت ارائه كردن بسياري از الگوريتمها وپروتكل هاي كوانتومي را دارند.

توسعه يك كامپيوتر كوانتومي بزرگ با ويژگيهاي كامل، با چالش مقياسپذيري مواجه ميشود كه بايدمتضمن يكپارچهسازي تعداد زيادي از كيوبيتها و تصحيح خطاهاي كوانتومي باشد. تلاشهاي رو به فزون پايدار در آزمايشگاههاي علمي و شركتهاي بزرگ، به وضوح نشانگر اين موضوع هستند كه محاسبات كوانتومي در مقياسهاي بزرگ بسيار چالش برانگيز، و در عينحال دستيابي به آن، هدفي بسيار ارزشمند

است.

معرفي حوزه ارتباطات امن كوانتومي

رشد و گسترش روزافزون شبكههاي كامپيوتري، خصوصاً اينترنت باعث ايجاد تغييرات گسترده در نحوه زندگي و فعاليت شغلي افراد، سازمانها و موسسات شدهاست. از اين رو امنيت اطلاعات يكي از مسائل ضروري و مهم در اين چرخه است. با اتصال شبكه داخلي سازمانها به شبكه جهاني، دادههاي سازمانها در معرض دسترسي افراد و ميزبانهاي خارجي قرار ميگيرد. اطمينان از عدم دستيابي افراد غير مجاز به اطلاعات حساس از مهمترين چالشهاي امنيتي در رابطه با توزيع اطلاعات در اينترنت است. راه حلهاي مختلفي نظير محدود كردن استفاده از اينترنت، رمزنگاري دادهها واستفاده از ابزار امنيتي براي ميزبانهاي داخلي و برقراري امنيت شبكه داخلي ارايه شدهاست. يكي از متداولترين روشهاي حفاظت اطلاعات، رمز نمودن آنها است. دستيابي به اطلاعات رمز شده براي افراد غير مجاز امكان پذير نبوده و صرفاً افرادي كه داراي كليد رمز ميباشند، قادر به بازنمودن رمز و استفاده از اطلاعات هستند.

رمز نمودن اطلاعات مبتني بر علوم رمز نگاري است. استفاده از علم رمز نگاري داراي يك سابقه طولاني و تاريخي ميباشد. قبل از عصر اطلاعات، بيشترين كاربران رمزنگاري اطلاعات، دولتها و مخصوصاً كاربران نظامي بودهاند. امروزه اغلب روشها و مدلهاي رمزنگاري اطلاعات در رابطه با كامپيوتر به خدمت گرفته ميشود. كشف و تشخيص اطلاعاتي كه بصورت معمولي در كامپيوترذخيره و فاقد هر گونه روش علمي رمزنگاري باشند، به راحتي و بدون نياز به تخصصي خاص انجام خواهد يافت. از اينرو رمزنگاري دادهها با توجه به پيشرفتهاي اخير تحول يافته و الگوريتمهاي نويني به همين منظور طراحي گرديده است. برخلاف رمزنگاري كلاسيك، كه امروزه براي ارسال دادههاي امن از آن استفاده ميشود و امنيت آن وابسته به ميزان دشواري حل مسائل رياضي مانند تجزيهي آن به عوامل اول اعداد بسيار بزرگ ميباشد، بيشتر طرحهاي رمزنگاري كوانتومي كليدهاي رمزنگاري را از دادهها جدا نگه ميدارند.

 

اروپا چه وضعيتي دارد؟

سرمايه گذاري مستمر توسط كشورهاي عضو و كميسيون اروپا در بيش از دو دهه گذشته، اروپا را در يك موقعيت توانمند قرار داده است. در 15 سال گذشته كميسيون اروپا 350 ميليون يورو در فناوري هاي كوانتومي و علوم اطلاعات كوانتومي هزينه كرده است. كسب دستاوردهايي مانند جايزه نوبل و برتري در تعداد مقالات و كيفيت آن ها علي رغم پايين بودن تعداد ثبت اختراعات، باعث شده تا بر روي تجاري سازي و توسعه كاربردهاي فناوري هاي كوانتومي تلاش شود. به منظور شتاب بخشيدن به توسعة فناوري هاي كوانتومي و

توليد محصولات تجاري براي بازارهاي عمومي و خصوصي، يك برنامة بلندمدّت، مركّب از آموزش، علم، مهندسي و نوآوري در سراسر اروپا براي شكوفايي كامل ظرفيت هاي فناوري هاي كوانتومي در نظرگرفته شده است. اين برنامة فراگير اروپا، تيمهاي تحقيقاتي و بازيگران صنعت مربوطه را در قالب يك نقشه ي راه با مجموعه ي اهداف مشترك، در نظر مي گيرد، بهنحوي كه پژوهش هاي فناوري كوانتومي بلندمدّت، با سرمايه- گذاري هاي مكمل در برنامه هاي كوتاه مدّت، هماهنگي و تعادل داشته باشد.

ايران چه فعاليتي در اين حوزه شروع كرده است و وضعيت فعلي جمهوري اسلامي ايران چگونه است؟

نخستين دستاورد پژوهشگران ايراني در بستر فناوري كوانتوم با هدف ايجاد امكان ارتباطات رمزگذاري شده و امن، در مركز علوم و فنون ليزر ايران رونمايي شد.

با رونمايي از اين دستاورد دانشمندان هستهاي كشور و استفاده از فوتونهاي در همتنيده در فناوري كوانتوم امكان ايجاد ارتباطات رمزنگاري شده فراهم شده است.

با دستيابي به اين فناوري همچنين امكان ارسال اطلاعات رمزنگاري شده و ساخت رادارهاي فوق پيشرفته و دستگاههاي مخابراتي امن فراهم ميشود

 

 

در مراسم رونمايي از اين دستاورد ملي با بيان اينكه يكي از فناوريهايي كه دنيا اخيرا به " علي اكبر صالحي " آن توجه كرده، فناوري كوانتوم است و در سالهاي 2015 و 2016 اروپاييها نقشه راه اين فناوري را تدوين كردند، خاطرنشان كرد: جمهوري اسلامي ايران نخستين كشور اسلامي است كه توانسته به اين فناوري دست يابد.

رييس سازمان انرژي اتمي ادامه داد: فناوري كوانتوم از پديدههايي است كه در سطح اتم و زيراتم اتفاق ميافتد و اين پديده با برداشتهاي امروز ما از مسائل طبيعي ناسازگار است. براي مثال به طور طبيعي ما انتظار داريم اگر سنگي در چاه افتاده است، بيرون نيايد اما در حوزه كوانتوم انتظار داريم كه اين سنگ بيرون بيايد.

معاون رييس جمهوري يادآور شد: كليد ورود به اين فناوري اين است كه ذرات ريز اتمي مثل الكترونها و فوتونها را از هم جدا ميكنيم و فاصله ذرات هر چقدر باشد، هر اتفاقي بر روي يك ذره بيافتد، ذره ديگر در همان لحظه متوجه آن اتفاق ميشود.

 

صالحي گفت: بنابراين انتقال اطلاعات بين ذرات در زماني صفر اتفاق ميافتد، در صورتي كه به طور معمول اين فاصله بايد با سرعت نور رخ دهد.

به گفته اتمي براي ورود به اين حوزه بايد الكترونها و فوتونها را از يكديگر جدا كرده واز آن بهرهبرداري كنيم و كليد اين فناوري جداسازي ذرات است.

به گفته صالحي، چينيها در استفاده از اين تكنولوژي نخستين ماهواره را پرتاب كرده و توانستند در فاصله600 مايلي در هم تنيدگي را انجام دهند.

 

رييس سازمان انرژي اتمي كاربرد ديگر اين تكنولوژي را در حوزه حسگرها عنوان كرد و اظهار داشت: هركشوري كه بتواند در زمينه اندازه گيري دقيقتر عمل كند پيشرفت بيشتري دارد. براي مثال اگر جاذبه زمين با دقت اندازه گيري شود عمليات اكتشاف راحت تر انجام مي شود.

به گفته صالحي كاربرد ديگر اين تكنولوژي در حوزه شبيه سازي است به طوري كه ميتوان اغلب پديدههاي فيزيكي را شبيهسازي كرد. وي ضمن قدرداني از متخصصان صنعت هستهاي، اظهار داشت: متخصصان سازمان توانستند نخستين آزمايشگاه در هم تنيدگي را ايجاد و فوتونها را از هم جدا كنند و جمهوري اسلامي ايران نخستين كشوري اسلامي و شايد نخستين كشور در حال توسعه است كه توانسته اين كار را انجام دهد.

 انتهای پیام /

زمان انتشار: چهارشنبه ۱۷ مرداد ۱۳۹۷ - ۰۶:۴۵:۰۰

شناسه خبر: 68187

دیدگاه ها و نظرات :
نام کامل وارد شود
دقیق و صحیح وارد شود
لطفا فارسی و خوانا باشد
captcha
ارسال
اشتراک گذاری مطالب