نگاهی کوتاه به مفهومی تازه‌وارد در دنیای فناوری
چگونه اینترنت کوانتومی‎ بسازیم؟
آیا زندگی آنالوگ است یا دیجیتال؟ ما در عصر دیجیتال زندگی می‎کنیم؛ بنابراین، ممکن است جواب به‌نظر مشخص باشد. اما دوباره فکر کنید. دنیای واقعی دیجیتال نیست، کوانتوم است. کامپیوترهای پیشرفته دیجیتال هستند، زیرا دنیای آنالوگ درون‌اتمی‎ چنان پیچیده است که به‌راحتی نمی‎توان آن را فهمید. در فناوری کامپیوترهای کوانتومی‎ صفر و یک‎ها به‌شکل بیت‎های کوانتومی‎ یا کیوبیت ایجاد می‎شوند و بسته‎های داده با کابل‎های نوری کوانتومی‎ جایگزین شده‎اند. کامپیوترهای کوانتومی‎ بسیار قدرتمندتر از ماشین‎های فعلی خواهند بود و این می‎تواند به‌معنای ظهور یک فناوری جدید باشد: اینترنت کوانتومی‎.

این مطلب یکی از مجموعه مقاله‌های پرونده ویژه «کامپیوترهای کوانتومی» است که در شماره ۱۸۹ ماهنامه شبکه منتشر شد. برای دانلود این پرونده ویژه می‌توانید اینجا کلیک کنید. 

به‌نظر می‎رسد این رؤیا چندان بلندپروازانه و دور از دسترس هم نباشد. D-Wave Systems که در کانادا پایه‌ریزی شده اولین تولیدکننده کامپیوتر کوانتومی‎ است. در حال حاضر، چهار سیستم D-Wave 2X موجود است که مهم‌ترین آن سیستمی‎ است که توسط ناسا نگهداری می‎شود و برای همکاری بین آزمایشگاه هوش مصنوعی کوانتومی‎ ناسا و گوگل در نظر گرفته شده است.

مطلب پیشنهادی

آیا محاسبات کوانتومی صنعت مراکز داده را نابود می‌کند؟
یکی دیگر از اقدامات انجام گرفته که راه را بیشتر برای اینترنت کوانتومی‎ هموار می‎کند، از جانب شرکت آی‌بی‌ام است که اولین پلتفرم محاسبات کوانتومی‎ جهان را در مرکز تحقيقاتی واتسون این شرکت توسعه داده است و از ماه می‎ 2016 در IBM Cloud در حال استفاده است. هرچند سرعت پردازش کوانتومی‎ این سیستم تنها 5 کیوبیت است، اما قرار است قدرت این کامپیوتر تا 50 کیوبیت افزایش پیدا کند، قدرتی که آی‌بی‌ام تصور می‎کند بیشتر از تمام 500 ابر کامپیوتر برتر حال حاضر جهان خواهد بود. آرویند کریشنا معاون مدیرکل و مدیر مرکز تحقيقات آی‌بی‌ام می‎گوید: «محاسبات کوانتومی‎ در حال به واقعیت پیوستن هستند و قدرت پردازشی آن به‌مراتب فراتر از کامپیوترهای امروزی خواهد بود. حالا زمان آن رسیده است تا فناوری جدید کلاود کوانتومی‎ و در پی آن اینترنت کوانتومی‎ متولد شود.»

اینترنت کوانتومی‎ چگونه کار خواهد کرد؟
در ظاهر انجام چنین کاری خیلی ساده به‌نظر می‎رسد. شما یک شبکه کوانتومی‎ ایجاد خواهید کرد که از اتصال کامپیوترهای کوانتومی‎ به یکدیگر به‌وجود آمده است. بعد آن‌ها را در کلاود در دسترس قرار خواهید داد. اما نحوه انتقال داده و حفظ امنیت آن از جمله مهم‌ترین چالش‎های پیش روی شبکه‎های کوانتومی‎ است. شبکه‎های کوانتومی‎ برای انتقال اطلاعات بین نودهای کوانتومی‎ از فوتون‎ها (ذرات واحد نور) استفاده می‎کنند. سخنران ارشد بخش اتمی‎، مولکولی و فیزیک نوری دانشگاه ساسکس انگلستان دکتر ماتیاس کلر توضیح می‎دهد: «یک شبکه کوانتومی‎ اصولاً شبیه به شبکه‎های فیبر نوری کلاسیک کار خواهد کرد، اما به‌جای استفاده از سیگنال‎های نوری قوی، این سیگنال به‌وسیله یک فوتون واحد حمل خواهد شد.»
به‌نظر می‎رسد اینترنت کوانتومی‎ از ترکیبی از توپولوژی‎های مختلف شبکه شامل توپولوژی درختی و زنجيره‎ای تشکیل شود و انواع مختلفی از نودهای حافظه کوانتومی‎ مثل اتم‎های خنثی و یون‎های به دام افتاده را به یکدیگر لینک کند.

انتقال داده‎های کوانتومی‎ 
کدگذاری اطلاعات درون فوتون‎های واحد نقاط ضعف خاص خود را دارد، زیرا حالات کوانتومی‎ بسیار شکننده هستند. اگر تنها یک فوتون از بین برود، تمام داده کوانتومی‎ از بین خواهد رفت. مشکل اصلی رابط بین کیوبیت و فوتون (اطلاعات و نحوه حمل و نقل آن) است، موضوعی که گروه تحقيقاتی دکتر کلر مشغول کار روی آن هستند.

در دنیای فراکوانتومی،‎ بزهکاران و هکرها خود را با حملات فیشینگ و تضعیف دستگاه برای دسترسی به سیستم‎ها و اطلاعات به زحمت نخواهند انداخت.

با به دام انداختن یون‎های اتمی‎ به‌عنوان کیوبیت‎ها در حفره‎های نوری (که از دو آیینه تشکیل شده‎اند) و تحریک آن‌ها به‌وسیله یون‎های لیزری، این یون‎ها تنها نور را در جهت آیینه منتقل می‎کنند. کلر می‎گوید: «ما از این اثر پورسل برای انتقال اطلاعات کوانتومی‎ از یون به فوتون استفاده می‎کنیم. با توجه به انتقال متناهی از آیینه، فوتون به بیرون نشت می‌کند و برای انتقال می‎تواند درون فیبر نوری قرار گیرد.» به این طریق، داده آماده ارسال می‎شود و گیرنده برای استخراج آن این روند را معکوس می‎کند. کلر می‎گوید: «در حال حاضر این موفق‎ترین سیستم شناخته شده برای محاسبات کوانتومی‎ است.»

رمزنگاری کوانتومی‎ 
اگرچه انتظار مي‌رود کامپیوترهای کوانتومی‎ بتوانند اینترنت فعلی را برای مدتی متحول کنند، اما با در اختیار داشتن چنین کامپیوترهای پیشرفته‎ای، تکنیک‎های رمزگذاری قدیمی‎ که توسط کامپیوتر‎های معمولی استفاده می‎شود، بی‎فایده خواهند شد و ظرف چند ثانیه می‎توان آنها را رمزگشایی کرد. مدیرعامل شرکت Post-Quantum اندرسن چنگ با کمک همکارانش الگوريتم‎های رمزنگاری را توسعه داده که برای حفظ امنیت در مقابل حملات یک کامپیوتر کوانتومی‎ در نظر گرفته شده است. او می‎گوید: «کامپیوترهای کوانتومی‎ قادر خواهند بود به اکثر پروتکل‎های کدگذاری حال حاضر نفوذ کنند. این امر سبب خواهد شد اینترنتی که ما می‎شناسیم به‌کلی غیر قابل استفاده شود.» در دنیای فراکوانتومی،‎ بزهکاران و هکرها خود را با حملات فیشینگ و تضعیف دستگاه برای دسترسی به سیستم‎ها و اطلاعات به زحمت نخواهند انداخت.
چنگ می‎گوید: «مجرمان اینترنتی با در اختیار داشتن قدرت کامپیوترهای کوانتومی‎ می‎توانند یک بولدوزر را به در خانه شما بیاورند و به‌طرزی وحشیانه به قفل در خانه شما حمله کنند. در اینجا دیگر اضافه کردن قفل‎های بیشتر به در، کمکی به شما نخواهد کرد و هیچ کاری از شما ساخته نیست. چنین پیامدهایی اعتمادی که به کانال‎های ارتباطی و خدمات نگهداری داده داریم، را نابود خواهد کرد.»
چنگ معتقد است ما به‌شدت به یک سیستم احراز هویت امن کوانتومی‎ به‌عنوان بخشی از اینترنت آینده نیاز داریم تا بدانیم با چه کسی در ارتباط هستیم و خود این کانال ارتباطی نیز از امنیت کافی برخوردار است.

آیا اینترنت کوانتومی‎ عملی خواهد شد؟
بله، اما نباید انتظار داشت کامپیوترهای معمولی از صحنه حذف شوند. کلر می‎گوید: «به احتمال زیاد در آینده یک شبکه کوانتومی،‎ یک شبکه دوگانه متشکل از کانال‎های کلاسیک و کوانتومی‎ خواهد بود.» از کامپیوترهای کوانتومی‎ با توجه به اندازه و قیمتشان اصولاً در محاسبات ابری استفاده خواهد شد و به‌نظر می‎رسد بتوانيم برای انجام کارهای خاص با استفاده از کامپیوترهای معمولی به این ماشین‎های پیچیده و پرسرعت متصل شویم. این نوع از شبکه‎ها علاوه بر توانایی محاسبات سنگین و پیچیده قادر خواهند بود تا با ایجاد بستری امن ارتباطی اطلاعات را به‌صورت ایمن منتقل کنند.

بعد از معرفی قانون طلایی مور و رسیدن به محدودیت‎های پیش روی صنعت ترانزيستورها، حالا وقت آن رسیده است تا به استقبال محاسبات کوانتومی‎ با قدرت نامحدود و در پی آن اینترنت کوانتومی‎ برویم، اما برای فایق آمدن به چالش بزرگ رمزنگاری لازم است این اینترنت کاملاً از نو ابداع شود

تنها کسانی که یک یخچال با قابلیت رسیدن به درجه صفر مطلق را در اختیار دارند می‎توانند به داشتن یک کامپیوتر کوانتومی‎ در خانه فکر کنند (کامپیوترهای کوانتومی‎ برای اینکه بتوانند به‌طور دقیق کار کنند باید سرد نگه داشته شوند)، اما می‎توان به محاسبات کوانتومی‎ به‌عنوان بخشی از کلاود فکر کرد و بخشی از ماهيت اینترنت قابل دسترس برای همگان به‌شکل کوانتومی‎ تبدیل خواهد شد.
بعد از معرفی قانون طلایی مور و رسیدن به محدودیت‎های پیش روی صنعت ترانزيستورها، حالا وقت آن رسیده است تا به استقبال محاسبات کوانتومی‎ با قدرت نامحدود و در پی آن اینترنت کوانتومی‎ برویم، اما برای فایق آمدن به چالش بزرگ رمزنگاری لازم است این اینترنت کاملاً از نو ابداع شود.

 

برچسب: 

افزودن دیدگاه جدید