«برای اولین بار، فناوری ساخت اینترنت کوانتومی در مقیاس جهانی در دسترس است.»
تیان ژونگ، استادیار دانشگاه شیکاگو، پس از دستیابی به پیشرفتی چشمگیر در افزایش فاصله ارتباطی کامپیوترهای کوانتومی
تصور کنید بتوانید پیامی ارسال کنید که از نظر فیزیکی غیرممکن باشد شنود شود؛ یا شبکهای از کامپیوترها داشته باشید که با هماهنگی کامل و در کسری از ثانیه، پیچیدهترین مسائل علمی جهان را حل میکنند. این دقیقاً همان وعدهای است که اینترنت کوانتومی میدهد.
برخلاف اینترنت کلاسیک که بر پایهی بیتهای صفر و یک بنا شده، اینترنت کوانتومی از قوانین شگفتانگیز مکانیک کوانتوم مانند درهمتنیدگی کوانتومی استفاده میکند؛ پدیدهای که در آن دو ذره، بدون توجه به فاصله، رفتاری کاملاً وابسته به هم دارند. این فناوری اکنون در آستانهی خروج از دنیای نظریه و ورود به واقعیت عملی است و حتی کشورهایی مانند ایران نیز گامهایی جدی در این مسیر برداشتهاند.
راز درهمتنیدگی؛ بنیان فیزیکی ارتباطات آینده
برای درک اینترنت کوانتومی، ابتدا باید با مفهوم درهمتنیدگی کوانتومی آشنا شویم. این پدیده که آلبرت اینشتین آن را «عمل شبحوار از راه دور» نامید، زمانی رخ میدهد که دو ذره (مثلاً دو فوتون یا اتم) به شکلی به هم متصل میشوند که وضعیت یکی، بلافاصله وضعیت دیگری را تعیین میکند؛ حتی اگر کیلومترها از هم فاصله داشته باشند.
همین ویژگی عجیب، اساس ارتباطات کوانتومی امن را میسازد. اگر فردی تلاش کند پیام منتقلشده از طریق ذرات درهمتنیده را شنود کند، حالت کوانتومی سیستم بلافاصله تغییر میکند و گیرنده از وجود نفوذگر مطلع میشود. در نتیجه، امنیت نه بر پایه نرمافزار یا الگوریتم، بلکه بر پایه قوانین تغییرناپذیر فیزیک بنا میشود.
کیوبیت در برابر بیت؛ تفاوتی بنیادین
ماهیت اطلاعات
اینترنت کلاسیک: بیت (Bit) که تنها میتواند صفر یا یک باشد.
اینترنت کوانتومی: کیوبیت (Qubit) که میتواند همزمان صفر، یک یا ترکیبی از هر دو باشد (ابرجایگشت).
اثر بر ظرفیت و سرعت پردازش
در سیستم کلاسیک، دو بیت تنها چهار حالت ممکن دارند (۰۰، ۰۱، ۱۰، ۱۱).
اما دو کیوبیت میتوانند بهطور همزمان در تمام این حالتها قرار بگیرند. این ویژگی امکان پردازش موازی عظیمی را فراهم میکند که در برخی مسائل، به برتری نمایی نسبت به کامپیوترهای کلاسیک منجر میشود.
پایه فیزیکی امنیت
اینترنت کلاسیک: امنیت متکی بر دشواری ریاضی (مثل تجزیه اعداد بزرگ).
اینترنت کوانتومی: امنیت متکی بر اصولی مانند اصل عدم قطعیت هایزنبرگ.
کاربردهایی که جهان را متحول میکنند
اینترنت کوانتومی فقط نسخه سریعتر اینترنت فعلی نیست؛ بلکه یک پارادایم کاملاً جدید در ارتباطات و محاسبات است.
رمزنگاری کوانتومی و توزیع کلید کوانتومی (QKD):
تبادل کلیدهای رمزنگاری که از نظر فیزیکی غیرقابل نفوذ هستند و با افزایش قدرت محاسباتی هم شکسته نمیشوند.
شبکههای حسگر کوانتومی فوقحساس:
اندازهگیری دقیق میدانهای مغناطیسی، گرانشی یا دما با کاربردهایی در پزشکی، اکتشافات معدنی و پیشبینی زلزله.
اتصال ابررایانههای کوانتومی:
ایجاد شبکهای از کامپیوترهای کوانتومی که بتوانند شبیهسازیهای بسیار پیچیده، از طراحی دارو تا مدلهای اقلیمی، را انجام دهند.
رایانش توزیعشده کوانتومی:
انجام محاسبات سنگین روی چند سیستم کوچک بهجای یک ابرکامپیوتر عظیم.
از تئوری تا واقعیت؛ پیشرفتهای شگفتانگیز اخیر
یکی از بزرگترین موانع اینترنت کوانتومی، شکنندگی حالتهای کوانتومی و محدودیت فاصله ارتباطی بوده است. اما پژوهشهای جدید این مانع را بهطور جدی تضعیف کردهاند.
جهش ۲۰۰ برابری دانشگاه شیکاگو
دانشمندان دانشگاه شیکاگو موفق شدند زمان همدوسی کوانتومی اتمهای اربیوم را از ۰٫۱ میلیثانیه به بیش از ۱۰ میلیثانیه افزایش دهند؛ پیشرفتی حدود ۲۰۰ برابر.
این دستاورد به معنای حفظ طولانیتر اطلاعات کوانتومی و امکان ارتباط در فواصل بسیار دورتر است.
نتیجه عملی این پیشرفت
پیشتر: حتی اتصال دو سیستم کوانتومی در یک شهر دشوار بود.
اکنون (در سطح تئوری): ارتباط بین شهرهایی با فاصله چند هزار کیلومتر امکانپذیر شده است.
راز این موفقیت، استفاده از روشی شبیه چاپ سهبعدی در مقیاس اتمی برای تولید مواد فوقخالص بوده است؛ روشی که نویز و ناخالصی را به حداقل میرساند.
رقابت جهانی و گامهای ایران در فناوری کوانتوم
اینترنت کوانتومی به یک رقابت استراتژیک جهانی تبدیل شده است. آمریکا، چین و اتحادیه اروپا سرمایهگذاریهای عظیمی انجام دادهاند و ایران نیز برای عقب نماندن، اقدامات مشخصی را آغاز کرده است:
حمایت از آزمایشگاه مقدماتی اینترنت کوانتومی
برنامهریزی برای تأسیس آزمایشگاه ملی ارتباطات کوانتومی
توسعه پروژههای مکمل مانند ساعت اتمی برای همگامسازی دقیق شبکهها
این اقدامات نشان میدهد که ورود به مرزهای دانش کوانتومی در دستور کار سیاستگذاری علمی کشور قرار گرفته است.
چالشهای پیش رو؛ مسیر دشوار اما ممکن
ناپایداری کیوبیتها و حساسیت شدید به محیط
هزینههای بسیار بالای زیرساخت
نبود استانداردهای جهانی یکپارچه
ناسازگاری با شبکههای اینترنت فعلی
اینترنت کوانتومی چه زمانی فراگیر میشود؟
دهه ۲۰۲۰: شبکههای آزمایشی و شهری
دهه ۲۰۳۰: شبکههای ملی و منطقهای
دهه ۲۰۴۰ به بعد: اینترنت کوانتومی جهانی
در همین حال، تهدید «ذخیرهسازی اکنون، رمزگشایی بعد» باعث شده مهاجرت به رمزنگاری پساکوانتومی با سرعت در حال انجام باشد.
جمعبندی؛ آیندهای درهمتنیده
اینترنت کوانتومی تنها یک فناوری جدید نیست؛ بلکه زیرساخت عصر آینده امنیت، ارتباطات و محاسبات است. همانگونه که اینترنت کلاسیک جهان را دگرگون کرد، اینترنت کوانتومی نیز تعریف ما از اعتماد دیجیتال و توان محاسباتی را بازنویسی خواهد کرد.
با وجود چالشها، شتاب پیشرفت علمی و سرمایهگذاری جهانی نشان میدهد که این آینده، دیر یا زود، به واقعیت تبدیل خواهد شد.