هفته نامه عصر ارتباط
اولیـن و پرتیـراژتـرین هفتـه نـامه ICT کشـور
هفته نامه عصر ارتباط - اولین و پر تیراژترین هفته نامه iCT کشور

نمایش ارتباطات كوانتومی در زندگی شهری

نمایش ارتباطات كوانتومی در زندگی شهری
نمایش ارتباطات كوانتومی در زندگی شهری

یک پیام رمزگذاری کوانتومی حاوی بیش از یک بیت اطلاعات در هر ذره نور است كه حجم قابل توجهی است. برای اولین بار با استفاده از این روش نوین یك پیام در موقعیت غیر‌آزمایشگاهی میان دو ساختمان ردوبدل شد. دانشمندان معتقدند یك چنین ارتباطات كوانتومی در سطح شهرها می‌‌تواند آینده دنیای ارتباطات را به‌كلی دستخوش تغییر و تحولی شگرف كند.

پژوهشگران پیش از این در شرایط آزمایشگاهی نشان داده بودند که یک ذره نور یا فوتون می‌تواند چند بیت اطلاعات را رمزگذاری کند. اما تاکنون، این آزمایش هرگز در دنیای واقعی ثابت نشده بود.

رحیم کریمی، فیزیكدان ایرانی كه پیش از این با به‌چالش كشیدن نظریه نسبیت انیشتین خبرساز شده بود و در حال حاضر استادیار گروه فیزیک دانشگاه اتاوا است، در خصوص این دستاورد جدید كوانتومی گفت: تاکنون ما ارتباطات کوانتومی را با ارسال صفر و یك انجام می‌دادیم و هر بیت اطلاعات به كمك همین دو عدد رمزگذاری و جابه‌جا می‌شد. مشکل این است که با استفاده از این روش قدیمی برای هر پیام، شما باید هشت سیگنال ارسال کنید؛ یعنی باید هشت صفر یا یك بفرستید و درواقع احتیاج به ساخت تركیب طولانی دارد و كار دشواری باید انجام دهید. وی اضافه می‌كند: به‌علاوه همواره احتمال این وجود دارد كه یک سیگنال از‌ دست‌ رفته و در نتیجه کل پیام به‌كلی مخدوش شود.

بر اساس گفته کریمی، اطلاعات رمزگذاری‌شده در حالت‌های کوانتومی ذرات مانند فوتون‌ها می‌توانند در ابعاد مختلف درآمده و به طرز قابل توجهی کل پروسه را ساده كنند.

این محقق ایرانی كه در سال 1357 در شهر سقز به دنیا آمده، در توضیح روش جدید ساخت و ارسال پیام خود كه با روش كوانتومی صورت می‌گیرد، می‌گوید: ما به جای ارسال تعداد زیادی فوتون‌ یا تعداد زیادی سیگنال الکترونیکی، می‌توانیم با این روش یک پالس واحد ارسال کنیم که حاوی یك فایل اطلاعاتی یكجا و كلی است.

كریمی این شیوه جدید را شگفت‌انگیز توصیف می‌كند و نام «برنامه‌نویسی فوق‌العاده» را روی آن گذاشته است.

بر اساس پژوهش كریمی، روش آزمایش‌شده توسط وی و تیم او می‌تواند تعداد فوتون‌های مورد نیاز برای ارسال پیام را تا 50 درصد کاهش دهد كه این میزان كاهش تعداد فوتون‌ها بسیار چشمگیر و قابل توجه است.

طی آزمایش‌های صورت‌گرفته، کریمی و تیم او موفق شدند فوتون‌هایی حاوی دو بیت اطلاعات میان دو ساختمان در دانشگاه اتاوا که در فاصله 300 متری از یكدیگر قرار داشتند، ارسال کنند.

با توجه به گفته کریمی، استفاده از رمزگذاری كوانتومی علاوه بر ساده كردن فرایند رمزگذاری، موضوع امنیت را نیز تقویت می‌کند و کانال ارتباط کوانتومی در مواجهه با سروصدا، تغییرات آب و هوا و دیگر تاثیرات خارجی مقاومت بیشتری دارد.

این پژوهشگر ایرانی كه در زمان اقامت در ایران و در سال ۱۳۸۰ به‌عنوان دانشجوی برتر از دانشگاه کرمان در رشته‌ فیزیک اتمی و مولکولی فارغ‌التحصیل شده، توضیح می‌دهد: در ارتباطات کوانتومی یک‌بعدی اگر نویز سیگنال به 11 درصد برسد، کانال دیگر امن نیست. با این وجود، اگر شما با چهار بعد کار کنید، این میزان به 19 درصد افزایش خواهد یافت.

در حال حاضر محققان قصد دارند با فرستادن و دریافت پیام‌های رمزنگاری‌شده با ابعاد بزرگ‌تر یعنی در 6/5 کیلومتر دست به آزمایش بزنند تا بتوانند از این تكنیك در مقیاس شهری استفاده کنند. با این وجود، چالش‌های قابل توجهی در این مسیر وجود دارد که باید برطرف شود.

کریمی بر این نظر است كه در این آزمایش بزرگ‌ترین مشکل آنها مساله آشفتگی است؛ زیرا نور از طریق جو جریان دارد و در آزمایش كریمی و تیم همراهش ارسال یک فوتون تک در این شرایط، كار بسیار دشواری محسوب می‌شود؛ چراكه آنها  باید این كار را با استفاده از یک تلسکوپ پیچیده الکترونیکی پیشرفته انجام دهند تا فوتون را با یك زاویه خاص بفرستند.

تیم این محقق ایرانی در آزمایش خود، تجهیزاتی را که پیش از این در آزمایشی مشابه توسط همکاران آنها در دانشگاه ناپل فدریکو در ایتالیا استفاده شده بود به‌كار گرفتند. دستگاه مورد استفاده در این آزمایش به تکنولوژی مایع کریستال مربوط بوده و در آن از قطبی‌بودن یک پرتو نور برای رمزگذاری اطلاعات استفاده شده است. جالب است بدانید كه برای انجام این آزمایش، محققان مجبور به ساخت سایه‌بان‌های متعددی روی زمین برای حفاظت از تجهیزات در برابر تغییرات آب و هوایی شده‌اند.

محققان معتقدند که این فناوری می‌تواند روزی به‌عنوان بخشی از یک سیستم ارتباطی کوانتومی جهانی که شامل شبکه‌های زمینی و همچنین ماهواره‌ها باشد، مورد استفاده قرار گیرد.

در حال حاضر پ‍ژوهشگران در سراسر جهان تلاش‌های رمزنگاری کوانتومی را به‌عنوان راهی برای افزایش امنیت در دنیای دیجیتال قلمداد كرده و تمركز خود را روی آن گذاشته‌اند.

هم‌اكنون تمام پیام‌ها، معاملات و مبادلات داده میان کاربران اینترنت از طریق الگوریتم‌های پیچیده ریاضی رمزگذاری می‌شوند. با این‌حال، با پیشرفت‌های اخیر در محاسبات کوانتومی، کارشناسان از استفاده از چنین الگوریتم‌های ریاضی در آینده مطمئن نیستند. انتظار می‌رود زمانی که کامپیوترهای کوانتومی به یک واقعیت تبدیل شوند، قادر به انجام محاسبات متعدد در یک زمان باشند و سیستم‌های قدیمی‌تر را كنار بزنند. کارشناسان می‌گویند که رمزگذاری کوانتومی می‌تواند پاسخی به نگرانی‌های امنیتی برای استفاده از الگوریتم باشد.

کریمی می‌گوید: هیچ روش شبیه‌سازی در روش كوانتومی وجود ندارد که این به آن معنی است که هیچ‌كس نمی‌تواند تمام اطلاعات كوانتومی را کپی کند. دومین نکته در خصوص امنیت بالای این روش كوانتومی آن است که در جهان کوانتومی همه‌چیز نامشخص و تار است، بنابراین سارقان اطلاعات نمی‌دانند ارزش چیست، مگر آنكه آن را اندازه‌گیری کنند.

این محقق ایرانی اضافه می‌كند: اندازه‌گیری ذرات، بر ذره و در نتیجه برپیام حاوی آن اثر می‌گذارد و این بدان معنی است که اگر فردی در ارتباط میان A و B استراق ‌سمع كند، فورا مشخص می‌شود.

در اوایل سال 2017 میلادی و در ماه ژوییه، دانشمندان چینی، نقطه عطفی در توسعه رمزنگاری کوانتومی ایجاد كردند و توانستند با فوتون‌های درهم‌ریخته از یک ماهواره پیامی را به ایستگاه زمینی انتقال دهند و حال با آزمایش كریمی، پرده‌ای جدید از تحولات ارتباطی در جهان كنار رفته و شیوه ارتباطی نوینی تولد یافته است. آن‌طور كه در خبرها آمده، یافته‌های تحقیق این دانشمند ایرانی در روز 24 اوت در مجله Optica منتشر شده و در اختیار علاقه‌مندان قرار گرفته است.

درج دیدگاه

بررسی بازی