شبكه اطلاعرساني روابطعمومي ايران (شارا)-|| شايد در نگاه اول، اينترنت كوانتومي ايده خيالپردازانهاي بهنظر برسد، اما كارشناسان حوزه شبكه بر اين باور هستند كه اينترنت كوانتومي ميتواند در كمتر از يك دهه به واقعيت ملموس زندگي ما تبديل شود. اينترنت كوانتومي روي بخش خاصي از فيزيك كوانتوم تاكيد دارد كه در آن چيزهايي مثل انتقال دادهها در مسافتهاي طولاني و سفر در زمان امكانپذير است. اين بخش خاص از فيزيك كوانتوم ميتواند فناوري را به مرحله جديدي از پيشرفت هدايت كند. پرسشي كه اكنون مطرح است اين است كه چه چيزي باعث پديد آمدن اينترنت كوانتومي ميشود تا بدون مشكل كار كند؟
اينترنت كوانتومي بهدليل قابليتهاي منحصربهفردي كه دارد، مورد توجه دولتها، كسبوكارهاي بزرگ و موسسات تحقيقاتي سراسر جهان قرار گرفته است. بهطوري كه موسسات بزرگ ميلياردها دلار سرمايه براي تحقيق و توسعه اينترنت كوانتومي اختصاص دادهاند.
اينترنت كوانتومي دستاوردهاي بزرگي براي صنعت فناوري اطلاعات پديد خواهد آورد و تقريبا روي تمامي فناوريهاي فعلي تاثيرگذار خواهد بود. از توسعه هوش مصنوعي گرفته تا رمزارزهايي كه درون كيف پول ديجيتالي قرار ميدهيد. جالب آنكه، امكان برقراري يك ارتباط پايدار و باكيفيت را با فضانورداني كه روي سياراتي مثل مريخ قرار دارند بهشيوه ارتباط تصويري بهوجود ميآورد. اينترنت كوانتومي تعامل ما با پلتفرمهاي پخش فيلم و سريال را كاملا متحول خواهد كرد، بهطوري كه شما براي مشاهده يا دانلود فيلمهاي با بالاترين كيفيت، شاهد هيچگونه تاخير زماني نخواهيد بود.
در دنياي فيزيك، كوانتوم به كوچكترين و كمترين مقدار پايه از يك كميت اشاره دارد كه قادر است در تعامل با هر واحد ديگري باشد. در همين راستا، مكانيك كوانتومي، به مطالعه و تحقيق بر رفتار اين واحدهاي كوچك ميپردازد. دانشمندان كشف كردهاند كه واحدهاي كوانتومي ويژگيهاي منحصربهفردي دارند، بهطوري كه ميتوانند به ما در دستيابي به اينترنت كوانتومي كمك كنند. در دنياي فيزيكي، همه ما و اشيايي كه پيرامون ما قرار دارند در محدوده قوانين فيزيك كلاسيك عمل ميكنند و به همين دليل است كه در دنياي فيزيك كلاسيك، اشياء اين قابليت را ندارند كه سريعتر از نور حركت كنند، زيرا نيروهاي بازدارندهاي مثل گرانش بر عملكرد آنها تاثير منفي ميگذارند.
وبسايت space.com در اين باره مينويسد: «واحدهاي كوانتومي قادر هستند خارج از قلمرو فيزيكي وجود داشته باشند و در نتيجه اين توانايي را دارند كه تحت قوانين متفاوتي كار كنند. به بيان سادهتر، در دنياي كوانتومي، اجسام ميتوانند سريعتر از نور حركت كنند، در زمان بهعقب سفر كنند يا از راه دور جابهجا شوند».
كيوبيتها چه نقشي در اينترنت كوانتومي دارند؟
محاسبات مدرن حول محور بيتها متمركز هستند كه در قالب كدهاي دودويي عمل ميكنند. به اين معنا كه همگي روي صفر يا روي يك تنظيم ميشوند. هر بيت ممكن است حالت را از خاموش به روشن يا بالعكس تغيير دهد. اين تغيير حالت بيتها است كه وضعيت برنامهها را تغيير ميدهد و در نهايت باعث ميشود كامپيوترهاي كلاسيك امروزي كار كرده و كارهاي مختلفي را انجام دهند.
بيتها در كمتر از يكميلياردم ثانيه بين 0 و 1 جابهجا ميشوند، در شرايطي كه سرعت فوق زياد بهنظر ميرسد، اما براي برخي برنامهها و عملكردهاي خاص اين سرعت مطلوب نيست. كامپيوتري كه الان با آن كار ميكنيد براي وبگردي، پخش فيلم و سريال و بازيهاي كامپيوتري عملكرد خوبي دارد، اما پژوهشگران براي كشف رمز و رازهاي جهان از مكبوك پرو استفاده نميكنند. در شرايطي كه سختافزارها دائما در حال پيشرفت هستند، اما بيتهايي كه از اين سختافزارهاي قدرتمند استفاده ميكنند در دنياي فيزيكي قرار دارند و مجبور هستند در چارچوب قوانين فيزيكي كه اشاره كرديم، كار كنند.
در نقطه مقابل، كيوبيت ميتواند تا حدود زيادي مشكلات فعلي را برطرف كند. كيوبيت كه مايكروسافت از آن بهعنوان واحد اساسي اطلاعات در محاسبات كوانتومي ياد ميكند، ممكن است كليد عبور از سد محدوديتها باشد. كيوبيت در اصل بخشي از دادههاي كوانتومي است كه قادر است در فضاي كوانتومي كار كند. با توجه به اينكه فضاي كوانتوم كاملا متفاوت از فضاي فيزيك كلاسيك است، قوانين فيزيك كلاسيك روي آن تاثيرگذار نيست و در نتيجه غلبه بر محدوديتهاي سرعت بهسادگي امكانپذير است.
خصوصيات منحصربهفرد كيوبيتها
كيوبيت علاوه بر حل مشكل محدوديتهاي فيزيكي، خصوصيات جذاب ديگري نيز دارد. در شرايطي كه يك بيت معمولي در دنياي محاسبات امروزي تنها دو حالت روشن يا خاموش را ميتواند داشته باشد، در نقطه مقابل يك كيوبيت در يك لحظه ميتواند، روشن، خاموش و چيزي بين اين دو حالت باشد. همچنين، ذرات ميتوانند از طريق درهم تنيدگيهاي كوانتومي به يكديگر متصل شوند. بهطور مثال، در دنياي كوانتومي اگر يك ذره در جهت خلاف حركت عقربه ساعت بچرخد، مطمئن خواهيم بود كه ذره دوم در جهت حركت عقربه ساعت ميچرخد، حتا اگر فاصله بين آنها به اندازهاي زياد باشد كه غير قابل نمايان باشند.
در حال حاضر دانشمندان بر اين باورند كه درهم تنيدگيهاي كوانتومي بهشدت ضعيف و شكننده هستند. از نقطه نظر امنيتي اين مسئله براي اينترنت كوانتومي اتفاق خوبي است، زيرا هرگونه تداخل مثل تلاش براي هك كردن را مشخص كرده و كارشناسان بهسرعت از اين مسئله مطلع ميشوند. با اينحال، حالت فوق از منظر ارتباطات خوب نيست، زيرا ناپايداري در برقراري ارتباط را بهوجود ميآورد. در حال حاضر راهي براي تغيير حالت يك ذره بدون از بين رفتن درهمتنيدگي وجود ندارد.
مهمترين مزيت اينترنت كوانتومي امنيت است. كارشناسان دانشكده مهندسي هاروارد اعتقاد دارند كه اينترنت كوانتومي غيرقابل هك است. در حقيقت بهجاي محاسبات رياضي كه ممكن است حاوي معايب قابل توجهي باشند كه راه نفوذ را براي هكرها هموار ميكنند، يك هكر براي هك اينترنت كوانتومي بايد راهي براي شكستن قوانين فيزيك يا مكانيك كوانتومي پيدا كند تا بتواند دادههاي يك ارتباط كوانتومي را بهدست آورد. اگر هكري يك كيوبيت در حال انتقال را رهگيري كند، قادر است وضعيت كيوبيت را تغيير دهد، اما بازهم موفق به جمعآوري اطلاعات نخواهد شد. علاوه بر اين، در هنگام هك، دو طرف كانال ارتباطي بهسرعت از اين مسئله آگاه ميشوند و تلاشها بياثر خواهند ماند. موسسه تحقيقاتي TuDelft بر اين باور است كه با توسعه و پيادهسازي اينترنت كوانتومي، مكانيزم موقعيتياب جهاني بهتر، ساعتهاي كوانتومي دقيقتر، ارتباطات پايدارتر و قابليتهاي امنيتي قدرتمند و قابل اطمينانتري در اختيار خواهيم داشت. تمامي اين موارد در سايه پيادهسازي اينترنت كوانتومي بهدست خواهند آمد.
اينترنت كوانتومي با چه مشكلاتي روبهرو است؟
در شرايطي كه شبكههاي مبتني بر اينترنت كوانتومي بالاترين سطح از امنيت را ارائه ميدهند، اما بازهم نقاط ضعفي دارند كه امكان سوءاستفاده را به هكرها ميدهند. البته تمامي اين نقاط ضعف ماهيت فيزيكي دارند. ديويد ويندر، روزنامهنگار حوزه فناوري ميگويد: «كابلهاي فيبر نوري كه براي انتقال دادهها استفاده ميشوند، يكي از دلايل بروز مشكلات امنيتي هستند. همچنين، اگر دادهها در جريان انتقال آسيب نبينند، ممكن است در مكاني كه ذخيرهسازي ميشوند، آسيبپذير باشند».
اگرچه در حال حاضر شبيهسازي يك حالت كوانتومي دقيق غيرممكن است، اما تيمي از محققان دانشگاه اتاوا موفق به ساخت نسخههاي با پايداري بالا از فوتونها در ارتباطات شدهاند كه آسيبپذيري بالقوه دادههاي در حال انتقال كوانتومي را نشان ميدهد. نكتهاي كه تقريبا همه كارشناسان بر آن اتفاق نظر دارند اين است كه اينترنت كوانتومي امنتر از روشهاي ارتباطي فعلي است.
در حال حاضر پژوهشگران سرگرم تلاش براي طراحي و توسعه اينترنت كوانتومي پيرامون مفهوم درهمتنيدگي كوانتومي هستند. در مقطع فعلي، ارتباطات كوانتومي شامل درهمتنيدگي دو فوتون و فرستادن يكي به كابل فيبر نوري است، اما اين احتمال وجود دارد كه در آينده بتوانيم دادهها را بهشكل مستقيم بين ذرات كوانتومي ارسال كنيم و وابستگي به كابلها در ارتباطات اينترنت كوانتومي را كمتر كنيم. در شرايطي كه وجود درهمتنيدگي كوانتومي و راههايي براي كنترل آن بهاثبات رسيده است، اما نحوه دقيق عملكرد آن همچنان درك نشده است. در صورتي كه درك بشر از درهمتنيدگي كوانتومي بيشتر شود، برقراري ارتباطات سريع ميتواند يكي از ويژگيهاي كليدي اينترنت كوانتومي باشد.
ضرورت دستيابي به سطوح امنيتي قابل قبول
آزمايشگاه Aeson Labs پژوهشي در اين باره انجام داده كه نشان ميدهد در شرايط عادي، الگوريتمهاي رمزگذاري ميتوانند بر مبناي سختافزارهاي فعلي بهترين سطح از محافظت را ارائه دهند و بر مبناي محاسبات انجامشده، شكستن بالاترين سطح از الگوريتمهاي رمزگذاري فعلي بر مبناي سختافزارهاي محاسباتي رايج به ميلياردها سال زمان نياز دارد.
الگوريتمهاي رمزگذاري فعلي به اندازهاي خوب عمل ميكنند كه برخي كارشناسان امنيتي مدعي شدهاند نفوذ به يك خانه به مراتب سادهتر از شكستن يك كليد امنيتي مدرن است. اين حرف بيانگر اين موضوع است كه پيچيدگي الگوريتمهاي رمزگذاري فعلي بهخوبي پاسخگوي نيازهاي مصرفكنندگان است، اما با پيشرفت كامپيوترهاي كوانتومي، شرايط فرق ميكند. بهطور مثال، ما به الگوريتمهاي خاصي نياز داريم كه بر مبناي فيزيك كوانتوم قابل اجرا باشند.
در حال حاضر رقابت سختي ميان ابركامپيوترها و سيستمهاي امنيتي در جريان است و در بهترين حالت، يك ابركامپيوتر در مدت زمان تقريبا 5 سال قادر است يك سيستم رمزگذاري مدرن را شكست دهد. با اينحال، مقالهاي كه سال 2019 ميلادي در مجله نيچر منتشر شده به اين نكته اشاره دارد كه شرايط براي يك پردازنده كوانتومي به گونه متفاوتي رقم ميخورد. بهطور معمول، يك پردازنده كوانتومي ميتواند در عرض 200 ثانيه محاسبات و عملياتي را مديريت كند، در حالي كه يك ابركامپيوتر براي انجام اين محاسبات به 10 هزارسال زمان نياز دارد. بدون شك، اين خبر خوبي براي كارشناسان امنيتي و شركتهاي فعال در حوزه امنيت نيست، زيرا تنها راه مقابله با چنين پيامدي، بهكارگيري الگوريتمهاي رمزگذاري كوانتومي است.
اينترنت كوانتومي چه مزايايي براي كاربران عادي دارد؟
به زبان ساده، بايد بگوييم پيادهسازي اينترنت كوانتومي، براي كاربران عادي تفاوت قابل توجهي بهوجود نميآورد، اما براي كاربران حرفهاي مزاياي درخشاني دارد. افزايش امنيت و انتقال سريع دادهها دو معيار مهمي هستند كه افراد فعال در حوزه چندرسانهاي، كلاندادهها و هوش مصنوعي به آن احتياج زيادي دارند. در شرايطي كه كاربران عادي سود كمي از اينترنت كوانتومي را خواهند برد، اما دولتها، مشاغل خاص و شركتهاي بزرگ فناوري بهدليل مزاياي ارزشمندي كه فناوري فوق در اختيار آنها قرار ميدهد، سرمايهگذاري كلاني روي آن انجام ميدهند.
بهاحتمال زياد تا چند دهه آينده كاربران عادي نيازي به اين نوع اينترنت ندارند و شايد در دسترس آنها قرار نگيرد. در واقع، اين دولتها، كسبوكارها و پژوهشگران هستند كه از مزاياي اينترنت كوانتومي بهرهمند خواهند شد. پژوهشهاي انجامشده نشان ميدهند سرعت فعلي اينترنت به مراتب بيشتر از نيازهاي كاربران است. به عبارت ديگر، كاربران در برخي كشورها به سرويس اينترنت 1 گيگابيت در ثانيه دسترسي دارند كه تقريبا 50 برابر سرعت موردنياز براي پخش فيلمها با كيفيت 4K در پلتفرمهاي پخش ويديو است. سرعت و قابليتهاي اينترنت كوانتومي در حوزههاي خاصي مثل رايانش ابري و دنياهاي مجازي تاثيرگذار خواهد بود.
آمازون، آيبيام و مايكروسافت در حال حاضر دسترسي آنلاين به كامپيوترهاي كوانتومي را فراهم كردهاند، در نتيجه تصور زماني كه سرويسهاي استريم آنلاين بازي مانند GeForce NOW از محاسبات كوانتومي استفاده كنند و از اينترنت كوانتومي براي عرضه خدمات استفاده كنند، دور از انتظار نيست. سانجاي باسو، كارشناس فناوري، اعتقاد دارد اينترنت كوانتومي ميتواند نقش كليدي در ساخت و عملكرد دنياهاي مجازي شركتهاي فعال در اين زمينه بازي كند. مزاياي امنيتي اينترنت كوانتومي بهطور خاص براي بهبود اقتصاد ديجيتال و گسترش و رونق يافتن دنياهاي مجازي اهميت زيادي دارد.
ايده شكلگيري اينترنت كوانتومي به چه زماني باز ميگردد؟
بهسختي ميتوانيم ايده اينترنت كوانتومي را جديد بناميم، زيرا توزيع كليد كوانتومي بهعنوان روش ارتباطي امن و دقيق مبتني بر فيزيك كوانتومي كه شامل اشتراكگذاري كليدهاي رمزگذاري است، اولين بار در دهه 70 ميلادي مطرح شد. زمانيكه فيزيكدان دانشگاه كلمبيا، استفان ويزنر، ظرفيتهاي ارتباطي اين فناوري را شناسايي كرد. در اواسط دهه 80 ميلادي، نظريه وايزنر توسط چارلز بنت از آيبيام و ژيل براسارد از دانشگاه مونترال توسعه پيدا كرد و اين دو محقق در 1989 موفق به ساخت و معرفي مدلي از كليد توزيع كوانتومي (Quantum Key Distribution) شدند كه يكي از مولفههاي اصلي اينترنت كوانتومي است.
تا بهامروز، شركتهاي بزرگي مثل آمازون، گوگل، آيبيام و مايكروسافت بهدليل مزاياي شاخص اينترنت كوانتومي مثل سرعت بالاي ارتباط يا سطح امنيتي بالا، سرمايهگذاري كلاني روي توسعه آن انجام دادهاند. همچنين، دانشمندان زيادي در چين، ايالات متحده و هلند سرگرم تحقيق در اين حوزه هستند. جالب آنكه، چين در حوزه ثبت سرعت انتقال دادههاي كوانتومي ركوردهاي مهمي را شكسته و در هلند محققان موسسه محققان qutech يك شبكه كوانتومي پايدار مبتني بر درهمتنيدگي توسعه دادهاند. در ايالات متحده، دانشمندان با متصل كردن اتمها به يكديگر موفق به ساخت يك حافظه كوانتومي شدهاند.
زنجيره بلوكي و اينترنت كوانتومي چه ارتباطي با يكديگر دارند؟
بزرگترين مزيت سيستمهاي مبتني بر زنجيره بلوكي، امنيت و عدم تمركز آنها است، اما انقلاب كوانتومي از زواياي مختلف تهديدي جدي براي سيستمهاي مبتني بر زنجيره بلوكي، رمزارزها و توكنهاي غيرمثلي (NFT) است. همانگونه كه اشاره كرديم، كامپيوترهاي كوانتومي تهديدي مهم براي الگوريتمهاي امنيتي فعلي هستند. الگوريتمهايي كه مردم براي ساخت كليدهاي امنيتي و محافظت از ارزهاي ديجيتال خود از آنها استفاده ميكنند.
همچنين، اين خطر وجود دارد كه يك كامپيوتر كوانتومي بهسادگي يك شبكه زنجيره بلوكي را از ميان ببرد. اين نگراني باعث شد تا جامعه ارزهاي ديجيتال بهفكر راهحلي براي اين مشكل باشد و حتا پيشنهاد توسعه ارزهاي ديجيتال مبتني بر محاسبات كوانتومي بهنام Quantum Proofing را ارائه كرد. البته شركتهاي بزرگ فعال در زمينه محاسبات كوانتومي مثل آيبيام سعي ميكنند توازني در اين زمينه برقرار كنند؛ به اين صورت كه ضمن توسعه پردازندههاي كوانتومي پيشرفته، روي رمزگذاريهاي ضدكوانتومي هم كار ميكنند.
دانشمندان چگونه قادر به رفع محدوديتهاي اينترنت كوانتومي هستند؟
درست به همان شكلي كه ميتوان چند كامپيوتر را به يك شبكه متصل كرد، كامپيوترهاي كوانتومي نيز قادر به برقراري ارتباط با يكديگر و اشتراكگذاري منابع هستند. اتصال چند كامپيوتر كوانتومي به يكديگر به ما اجازه ميدهد تا پيچيدهترين مشكلات دنياي واقعي را حل كنيم و راهكاري براي غلبه بر محدوديتهاي كامپيوترهاي كلاسيك ارائه دهيم. قابليتهايي كه اينترنت كوانتومي در اختيار ما قرار ميدهد، بخش عمدهاي از ناكارآمدي شبكههاي مدرن را برطرف ميكند و به دستگاههاي مختلف اجازه ميدهد در قالب يك دستگاه واحد كار كنند، درست مشابه حالتي كه هستههاي چندگانه پردازندههاي دستگاههاي هوشمند قادر به برقراري ارتباط با يكديگر هستند. علاوه بر اين، امكان اتصال دستگاهها بهشكل متوالي ميتواند مشكلات مربوط به فضا، انرژي مورد نياز و مكانيزمهاي سرمايشي را حل كند. البته در مقطع فعلي، پردازندههاي كوانتومي فعلي بايد با نيتروژن مايع خنك شوند كه به فضاي زياد و امكانات تخصصي نياز دارد.
چگونه Web3 در قالب اينترنت كوانتومي توسعه پيدا ميكند؟
پيشرفت محاسبات از طريق اينترنت كوانتومي باعث پديد آمدن مفهومي ميشود كه كارشناسان دانشگاه شيكاگو آنرا هوش «مصنوعي سوپرشارژ» نامگذاري كردهاند؛ يك هوش مصنوعي كارآمد كه مزاياي گستردهاي در زمينه توسعه وب و يادگيري ماشين ارائه ميدهد. بهطور خلاصه، اگر رايانش كوانتومي در زمان كوتاهتري در اختيار ما قرار بگيرد، فرآيند توسعه و پيادهسازي وب 3.0 بهشكل دقيقتري انجام خواهد شد. نكتهاي كه بايد در اين زمينه به آن اشاره داشته باشيم اين است كه اينترنت كوانتومي ميتواند براي وب 3.0 نيز تهديدي باشد، زيرا وب غيرمتمركز همسو با فناوري زنجيره بلوكي است و همانگونه كه اشاره كرديم، طراحي زنجيره بلوكي فعلي بهشدت در برابر اينترنت و كامپيوترهاي كوانتومي آسيبپذير است. درست است كه وب 3.0 فرآيند راهاندازي پيچيدهاي ندارد، اما شبيه دنياي ارزهاي ديجيتال بايد بهسرعت خود را با چالشهاي امنيتي محاسبات كوانتومي و اينترنت كوانتومي هماهنگ كند.
فرآيند توسعه اينترنت كوانتومي در چه مرحلهاي قرار دارد؟
كارشناسان بر اين باور هستند كه اينترنت كوانتومي در سال 2030 ميلادي راهاندازي خواهد شد، با اينحال، نبايد تصور كنيم هنگامي كه اينترنت كوانتومي عرضه ميشود، تغييرات قابل توجهي را بهوجود آورد، زيرا شبكههاي كوانتومي و اينترنت كوانتومي در روزهاي اول پيدايش بهشدت به فناوريهاي فعلي يعني كابلهاي فيبر نوري و رلهها وابسته است. فارغ از اين مسئله كه ارتباطات سريع ايدهآل هستند، مشكل بزرگ ديگري كه وجود دارد، درهمتنيدگي كوانتومي بسيار شكننده است. در حال حاضر ميتوان بخشهايي از يك ذره درهمتنيده را اندازهگيري كرد و اندازه ديگري را هم كشف كرد، اما مشكل اين است كه با اندازهگيري نميتوان با مواردي كه قبلا تنظيم شدهاند ارتباط برقرار كرد. علاوه بر اين، تغيير خواص يك ذره كوانتومي مانند تغيير
1 به 0 ميتواند براي انتقال پيام استفاده شود، اما به محض اينكه كاري بيش از اندازهگيري يك ذره انجام شود، درهمتنيدگي از بين ميرود. واقعيت اين است كه درك ما از درهم تنيدگي و مكانيك كوانتومي هنوز كامل نشده است. يك پيشرفت كوچك در اين حوزه ميتواند چيزهايي كه در حال حاضر غيرممكن بهنظر ميرسد را امكانپذير كند.
منبع: shabakeh