غزال زیاری: ماه می سال ۲۰۲۳ دکتر بنجامین لانیون از دانشگاه اینسبروک اتریش، گام بزرگی را در مسیر ایجاد نوع جدیدی از اینترنت برداشت: او اطلاعات را از طریق یک فیبرنوری به طول ۵۰ کیلومتر و با استفاده از فیزیک کوانتومی منتقل کرد.

اطلاعات در فیزیک کوانتوم با واحدهای داده (ارقام دو دویی) ذخیره شده که توسط کامپیوترهایی پردازش می‌شوند که هسته شبکه جهانی فعلی را تشکیل می‌دهند، متفاوت است. قلمرو فیزیک کوانتوم خواص و برهم کنش‌های مولکول‌ها، اتم‌ها و حتی ذرات کوچکتر مثل الکترونها و فوتون‌ها را پوشش می‌دهند.

قدرت ذرات

بیت‌های کوانتوم یا “کیوبیت‌ها” نوید انتقال اطلاعات با امنیت بیشتری را می‌دهند؛ چرا که ذرات با مشاهده و اندازه‌گیری آنها تغییر می‌کنند. این بدان معناست که استراق سمع نمی‌تواند ناشناس باقی بماند.

لانیون در صحبت‌هایش به این نکته اشاره کرد که کار او باعث می‌شود تا اینترنت کوانتومی در شهرها امکان‌پذیر به نظر برسد و هدف بعدی پوشش دادن فاصله‌های بین شهری طولانی‌تر خواهد بود. او در این رابطه گفت:« شما می‌توانید این را مثل یک شهر بزرگ تصور کنید.»

پیشرفت او بخشی از یک پروژه تحقیقاتی در اتحادیه اروپا برای نزدیک‌تر شدن به هدف پیاده‌سازی اینترنت کوانتومی به شمار می‌رود.

QIA یا اتحاد اینترنت کوانتومی، موسسات تحقیقاتی و شرکت‌ها را در سراسر اروپا گرد هم می‌آورد. برای تحقیق، بررسی و پیاده‌سازی این ابتکار، این اتحاد طی سه سال و نیم (تا پایان مارس سال ۲۰۲۶) بودجه‌ای ۲۴ میلیون یورویی را از اتحادیه اروپا دریافت می‌کند.

استفانی ونر، استاد اطلاعات کوانتوم در دانشگاه تکنولوژی دلفت هلند که با اتحاد QIA همکاری دارد در این رابطه گفت:« این طرح برای جایگزینی اینترنت کلاسیک مطرح نشده و هدف همکاری مشترک است. ما قصد نداریم تا اینترنت جدید را جایگزین Netflix کنیم.»

یک مفهوم کلیدی در فیزیک کوانتوم، درهم تنیدگی است. اگر دو ذره در هم تنیده شوند، بدون درنظر داشتن اینکه در فضا چقدر از یکدیگر فاصله دارند، خواص مشابهی خواهند داشت. به عنوان مثال هردوی آنها اندازه‌گیری یکسانی از اسپین (نسخه کوانتومی جهتی که ذرات در حال چرخش هستند) خواهند داشت.

وضعیت اسپین ذرات تا زمانی که مشاهده نشوند، مشخص نیست و تا آن زمان، این ذرات در چندین حالت به نام “برهم نهی”قرار می‌گیرند. ولی با مشاهده یکی از آنها، وضعیت هر دو ذره مشخص خواهد شد.

احتمالات متعدد و فراوان

این موضوع مهم و مفیدی در ارتباطات ایمن خواهد بود. افرادی که یک انتقال کوانتوم را هک کنند، با ایجاد تغییر در وضعیت یک ذره مشاهده شده، ردی آشکار را از تلاش خود به جای خواهند گذاشت. ونر دراین باره گفته:« ما می‌توانیم از ویژگی‌های درهم تنیدگی کوانتوم برای دستیابی به وسیله‌ای برای برقراری ارتباط امن استفاده کنیم که احتمالا حتی اگر مهاجم، یک کامپیوتر کوانتومی نیز داشته باشد، باز هم امن خواهد بود.»

ارتباطات امنی که توسط اینترنت کوانتومی فراهم می‌شود، می‌تواند طیف گسترده‌تری از برنامه‌های کاربردی را فراهم کند که به مراتب فراتر از محدوده اینترنت کلاسیک است.

به عنوان مثال در علم پزشکی، فیزیک درهم تنیدگی، سطحی از هماهنگ‌سازی ساعت را فراهم می‌کند که امکان جراحی از راه دور را بهبود خواهد بخشید.

ونر ادامه داد:« اگر من بخواهم از راه دور یک جراحی انجام دهم، به دنبال آن خواهم بود که زمان‌بندی دقیقی وجود داشته باشد تا هیچ مشکل و اشتباهی به وجود نیاید.»

نجوم هم یکی دیگر از علومی است که از این موضوع بهره زیادی خواهد برد. ونر ادامه داد:« تلسکوپ‌هایی که رصدهای دور انجام می‌دهند، می‌توانند از اینترنت کوانتومی برای ایجاد در هم تنیدگی بین حسگرها بهره‌مند شده و تصویر خیلی بهتری از آسمان داشته باشند.»

مثال دیگر می‌تواند در دستگاه‌های خودپرداز یا ATM باشد. در حال حاضر اگر یک دستگاه خودپرداز در هنگام برداشت پول از کار بیفتد، دستگاه فرض می‌کند که هیچ پول نقدی تحویل فرد نشده و این درحالی است که توزیع کننده دیگری برداشت پول را ثبت کرده است؛ اما بهره‌گیری از اینترنت کوانتومی می‌تواند این اختلاف را رفع کند.

البته بسیاری از کاربردهای اینترنت کوانتومی احتمالا بعد از ایجاد تکنولوژی آشکار و مشخص می‌شوند. لانیون در این باره گفت:« اینترنت کوانتومی طیف وسیعی از امکانات جدید را برای اندازه‌گیری دقیق فضا، زمان و مطالعه نحوه کار جهان و کیهان را ارائه خواهد داد.»

تست مسافت

در حال حاضر بحث افزایش مقیاس اینترنت کوانتومی برای استفاده از بسیاری از ذرات در فواصل طولانی مطرح است. لانیون و اعضای تیمش نشان داده‌اند که ارتباطات نه تنها بین ذرات منفرد ، بلکه در قطاری از ذرات (که در این مورد، ذرات سبک با نام فوتون شناخته می‌شوند) وجود دارند و سرعت در هم تنیدگی بین گره‌های کوانتومی را افزایش می‌دهند.

او در این باره گفت:« اگر فقط یک فوتون را در یک زمان ارسال کردید، باید منتظر زمان سفر باشید. اما اگر بتوانید به طور همزمان، قطاری از فوتون‌ها را ایجاد کنید، این به شما اجازه خواهد داد تا میزان در هم تنیدگی بین گره‌های کوانتومی را برای فواصل مدنظر افزایش دهید.»

هدف نهایی، گسترش گره‌های کوانتومی به بردهای بسیار بزرگتر، شاید تا ۵۰۰ کیلومتر و ایجاد یک نمونه اولیه از اینترنت کوانتومی است که می‌تواند شهرهای دور را به هم متصل کند (دقیقا مثل اینترنت کلاسیک که برای ایجاد یک اینترنت جهانی به گره‌های مختلف متکی است).

در شرایطی که ممکن است تا سال ۲۰۲۹، اینترنت کوانتومی برای کاربردهای تصصی فراهم شود، کارشناسان نگران گمانه‌زنی‌ها درباره آنکه چه زمانی ممکن است نسخه کامل این اینترنت برای طیف وسیعی از کاربردها در دسترس باشند، هستند. ونر ادامه داد:« این سوال بسیار سختی است.»

با پیشرفت QIA در زمینه اجزا و سیستم‌های اینترنت کوانتومی، اروپا نیز در تلاش است تا رایانه‌های کوانتومی را ایجاد کند.

در ژوئن ۲۰۲۳، یک مشارکت عمومی خصوصی در اتحادیه اروپا اعلام کرد که شش کشور در اروپا میزبان کامپیوترهای کوانتومی خواهند بود که این کشورها عبارتند از جمهوری چک، فرانسه، آلمان، ایتالیا، لهستان و اسپانیا.

هدف این است که این اطمینان حاصل شود که اروپا در خط مقدم انقلاب فناوری‌های کوانتومی قرار دارد و انتظار می‌رود تا رایانه‌های کوانتومی از قدرت محاسباتی بی سابقه‌ای با کاربردهای متعدد، از توانایی شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری (که مبادلات اینترنت فعلی را ایمن می‌کنند) بهره‌مند شوند.

شاخه شلوغ

با این پیش‌بینی که نیمی از پرکاربردترین سیستم‌های رمزنگاری تا پایان دهه اخیر میلادی شکسته خواهند شد، اروپایی‌ها حالا تنها جامعه مشتاق به این فناوری به حساب نمی‌آیند و چین و آمریکا هم در سال‌های اخیر پیشرفت‌های زیادی در زمینه کامپیوترهای کوانتومی و اینترنت کوانتومی داشته‌اند.

در بخش زیرساخت‌ها، اروپا گام‌های دیگری نیز برداشته و آنها در حال توسعه یک فضای یکپارچه و زیرساخت زیرزمینی برای ارتباطات ایمن هستند که یک بلوک ساختمانی برای اینترنت کوانتومی به شمار می‌رود.

ونر دراین باره گفت:« با افتخار می‌توانم بگویم که ما در بسیاری از زمینه‌ها در جهان پیشروهستیم.»

در شرایطی که در همه کشورهای مشتاق به کامپیوترهای کوانتومی، کارهای زیادی در حال انجام است و راه زیادی نیز پیش روست، مزایای بالقوه آن از پیشرفت‌های گسترده در این زمینه خبر می‌دهد. لانیون دراین باره گفت:« افراد در حال توسعه برنامه‌های جدید شبکه های کوانتومی با سرعت بسیار بالایی هستند.»