امشب آزمایش انتقال اطلاعات در برج میلاد و سازمان انرژی اتمی در فاصله ۱۶۵۰ متری انجام شد که تاکنون فقط ۶ کشور در جهان به این فناوری دست یافته اند.
این آزمایش با تجهیزات پیشرفته و به همت متخصصان و پژوهشگران مرکز فناوری‌های کوانتومی سازمان انرژی اتمی ایران انجام می‌شود. در این روش انتقال با برقراری ارتباط کوانتومی مبتنی بر درهم‌تنیدگی، پیام‌ها به شیوه‌ای امن رمزگذاری و انتقال اطلاعات در مسیر مشخص‌شده بین دونقطه موردنظر انجام می‌شود. سپس پیام موردنظر توسط کلید کوانتومی رمزگذاری، به مقصد ارسال و در آنجا مجدداً به کمک کلید کوانتومی که به دلیل بهره‌گیری از درهم‌تنیدگی کوانتومی قابل کپی‌برداری و هک نمی‌باشد، رمزگشایی می‌شود.
شایان ذکر است آزمایش انتقال امن کوانتومی فوتون‌ها تاکنون در ۳ فاز: آزمایشگاهی در فاصله ۲ متری، مابین دو ساختمان به مسافت ۳۰۰ متر و اخیراً میان ساختمان مرکز فناوری‌های کوانتومی ایران تا تراز ۳۰۰ متری برج میلاد به مسافت ۱۶۵۰ متر انجام شده است. این دستاوردها به‌عنوان بخشی از زیرساخت مورد نیاز و گامی به‌سوی ماهواره کوانتومی، رادار/لیدارکوانتومی و شبکه‌های کوانتومی تلقی می‌شود.
فعالیت‌های عملیاتی مرکز فناوری‌های کوانتومی ایران، به‌عنوان متولی و پیشرو و تنها مرکز آزمایشگاهی موجود در کشور، از سال ۱۳۹۷ در ۴ حوزه اصلی فناوری‌های کوانتومی (مترولوژی و حس گری کوانتومی؛ مخابرات کوانتومی؛ شبیه‌سازی آنالوگ و دیجیتال کوانتومی؛ رایانش و محاسبات کوانتومی) تعریف‌شده و در حال اجرا می‌باشد؛ که می‌توان به رادار کوانتومی و تصویربرداری کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی در فضای آزاد و در بستر فیبر نوری، اندازه‌گیری کوانتومی کمیت‌های مختلف فیزیکی، ساعت اتمی، مغناطیس سنجی کوانتومی، نقشه کوانتومی مغز، ژیروسکوپ و مسیریاب کوانتومی و تولید چشمه‌های درهم‌تنیده مجتمع در بستر موج‌بر نیز اشاره کرد.
فناوری‌های کوانتومی به‌عنوان یکی از مهم‌ترین فناوری‌های قرن ۲۱ به شمار می‌آید که در حال ایجاد انقلابی شگرف در علم و تکنولوژی است.
فناوری کوانتومی دومین انقلاب علمی در جهان
فناوری انتقال این کوانتومی کاملا امن است و در مسائل درمان و پزشکی به ویژه در تصویر برداری نوین نیز کاربرد دارد. علوم فضایی و ماهواره ای دیگر عرصه استفاده فناوری این کوانتومی می‌باشد.فناوری کوانتومی دومین انقلاب علمی در جهان نام گرفته است که از سال ۱۳۹۵ در ایران به صورت پیشرفته شکل گرفت. دیگر نیازی نیست برای ارسال اطلاعات بین دو نقطه با فواصل سال های نوری به همین اندازه صبر کرد. در ذرات فتون ها کلید رمزنگاری نهفته است که می‌توانیم اطلاعات رمزگذاری شده را در دو نقطه دریافت کنیم.
با این فناوری امکان ارسال اطلاعات رمزنگاری شده کوانتومی در لحظه فراهم و پیام مورد نظر با کلید کوانتومی رمزگذاری به مقصد ارسال می‌شود در آنجا دوباره به کمک کلید کوانتومی که به دلیل بهره گیری از درهم تنیدگی کوانتومی قابل کپی برداری و حک نیست، رمزگشایی می‌شود.
ساخت یارانه های کوانتومی، ساعت اتمی، تشخیص به موقع بیماری و سرطان ها و ماهواره و رادارهای کوانتومی از جمله دستاوردهای مهم این فناوری جدید است.
فتون و ذره نوری
حتی اگر این فاصله، فاصله سال های نوری باشد هر علمی روی این فتون و ذره نوری انجام شود ذره دیگر همان لحظه متوجه می‌شود و نیاز نیست اطلاعات سال های نوری طول بکشد تا به ذره دیگر برسد.
چون این فناوری هزینه بردار است فکر هوشمندانه ای به کار گرفتند که با شناسایی دانشگاه های مختلف که هر کدام درچه زمینه ای پیشتاز هستند مثل مخابرات، کامپیوتر، حس گرها و آزمایشگاه ها که به صورت هم افزایی یعنی در کل از تمام ظرفیت کشور برای این فناوری استفاده کنیم.
اتنقال اطلاعات بدون نگرانی از هک شدن
وی گفت: ۵۰ تا ۶۰ نفر از نخبگان خود را به کار گرفتیم و شبانه روز در حال کار هستند و با هزینه‌ای که در پنج سال گذشته کردیم که در مقایسه با آنچه کشورهای دیگر انجام دادند، بسیار ناچیز است ولی ما به این دستاورد بزرگ رسیدیم.
وی اظهار کرد: از ۹۷ توانستیم حدود ۵۰ الی ۱۰۰ فوتون در هم تنیده در ثانیه تولید کنیم اما اینها کافی نیست چون از بین می‌روند. در خرداد ۹۹ در فاصله ۳۰۰ متری این کار را انجام دادیم و بیش از یک میلیون در ثانیه فوتون تولید کردیم و الان در بهمن ۹۹، در فاصله ۱۶۵۰ متر و در ارتفاع ۳۰۰ متر میلیون‌ها فوتون جفت را ارسال کنیم اما ۹۰ تای آنها قابل استفاده شدند. این آزمایش در شب انجام شد چون اگر در روز انجام شود با فوتون‌های خورشید یکی می‌شود.
رییس سازمان انرژی اتمی گفت: امیدواریم در ۲۰ فروردین ۱۴۰۰ از این فناوری به طور کاربردی استفاده کنیم و بین دو نقطه اطلاعات رمزگذاری شده در فاصله ۱۰ کیلومتر و بعد از یک سال بین سازمان و سایت فردو این کار انجام شود.
صالحی درباره لزوم تبادل علمی در این زمینه با دنیا گفت: تبادل‌های علمی ما در کمترین سطح است. اگر می‌شد با اتحادیه اروپا می‌توانستیم کار کنیم اما بعد از خروج آمریکا از برجام این تعامل قطع شد.
وی ادامه داد: نسبت به دنیا ما در این فرایند کوانتومی ۶ تا ۷ سال عقب هستیم. اما با این آزمایش وارد عرصه فناوری کوانتومی شدیم که این بخش مربوط به تبادل اطلاعات است و در زمینه تصویربرداری، حسگرها، شبیه سازی، رادار و غیره هم وارد می‌شویم و در بخش رادار کوانتومی قدم‌های خوب و بلندی برداشتیم. امیدواریم در آینده نه چندان دور آن را عملیاتی کنیم. همچنین در بخش تصویربرداری پزشکی تجهیزات خریداری کردیم که شفاف‌ترین تصویربرداری است بدون اینکه لطمه‌ای به بدن انسان بزند.
رییس سازمان انرژی اتمی اظهار کرد: ما یک آزمایشگاه در سازمان انرژی اتمی ساختیم و تجهیزات زیادی نصب کردیم ولی سعی داریم دانشگاه‌ها را شناسایی کنیم تا هر کدام در یک زمینه تخصصی آزمایش و کار کنند. آزمایشگاه‌های آنها را داریم هم افزا می‌کنیم تا از کل ظرفیت کشور استفاده کنیم. همچنین این رشته در سطح کارشناسی ارشد الان فعال است و در سطح دکتری و فوق دکتری هم تلاش داریم دانشجو بگیریم تا سرعت‌مان را در این زمینه در سطح دنیا افزایش دهیم.
وی خاطرنشان کرد: امیدواریم وزارت ارتباطات، دفاع و نیروهای مسلح، وزارت اطلاعات که نیاز به این فناوری دارند از حالا به بعد بتوانند از آن استفاده کنند و قراردادهایی را در این زمینه با آنها ببندیم. بعد از کاربردی شدن این فناوری می‌توانیم بگوییم که ایران به عرصه صنعتی و تکنولوژیک وارد شده است.
وی یادآور شد: در تابستان بین برج میلاد و آزادی، بعد با پهپاد و بالن و بعد با ماهواره می‌توانیم این کار را انجام دهیم. ما محاسبه کردیم ۲۵ تا ۳۰ کیلو تجهیزات می‌خواهیم تا با ماهواره ارسال شود و در افق ۴ ساله می‌توان این را پیاده کرد.
چرا کوانتوم باید برای مردم مهم باشد و چه نقش و تاثیری در زندگی روزمره مردم دارد؟
صالحی گفت: اگر نیروهای مسلح ما اطلاعاتشان رمز گذاری نشود مشکل پیدا می‌کنند، پس به این فناوری روز نیاز است. در زیست شناسی دستاورد دیگری که حاصل شده این است که از این طریق سلول‌های سرطانی را شناسایی کنیم و با کمک دانشگاه تهران و بیمارستان امام خمینی توانستیم این کار را انجام دهیم. در بخش تصویربرداری پزشکی در فاصله یک سال آینده تجهیزات را فراهم می‌کنیم و آن را کاربردی خواهیم کرد. به جای گاما و ایکس ری از این روش استفاده می‌کنیم و کمتر بدن آسیب می‌بیند. در زمین شناسی و شناسایی معادن حسگرها را می‌توانیم از این روش تولید کنیم و تغییرات مغناطیسی و جاذبه‌ای زمین را در مقیاس اندک تولید می‌کنیم.همه چیز درباره کوانتوم
ادعای گوگل به ساخت موفقیت‌آمیز یک رایانه کوانتومی
به‌تازگی گوگل اعلام کرد که در پژوهش‌های رایانه‌ای به یک تحول عظیم دست یافته و با استفاده از رایانه کوانتومی توانسته یک معادله پیچیده را به سرعت حل کند. به گفته محققان پردازنده «سیکامور» ساخت گوگل، توانست فرایندی را که تکمیل آن برای سریع‌ترین ابرکامپیوترهای جهان 10 هزار سال وقت خواهد برد، در ۲۰۰ ثانیه انجام دهد. در کامپیوترهای کلاسیک هر واحد اطلاعات یا «بیت» دارای ارزش یک یا صفر است. اما معادل آن در یک سیستم کوانتومی، «کوانتوم بیت» یا «کوبیت» می‌تواند همزمان یک و صفر باشد. این پدیده راه را برای محاسبات متعدد در آن واحد باز می‌کند. جان مارتینیز و همکارانش از شرکت گوگل توضیح می‌‌دهند که وظیفه‌ای برای نمونه‌برداری تصادفی به این پردازنده محول کردند، به طوری‌که مجموعه‌ای از اعداد که واقعا توزیعی تصادفی داشته باشند تولید کند. آنها می‌گویند سیکامور توانست این وظیفه را در سه دقیقه و ۲۰ ثانیه کامل کند، درحالی که به ادعای آنها انجام این وظیفه توسط «سامیت»، بهترین ابررایانه جهان، ۱۰ هزار سال وقت خواهد برد. با این حال هنوز چند دهه با ساخت کامپیوترهای کوانتومی که بتوانند مسائل مد نظر ما را حل کنند فاصله داریم. مدیرعامل گوگل، این اختراع را با سفر اولین موشک فضاپیما به خارج از جو کره زمین مقایسه کرد که زمینه‌ساز سفرهای فضایی به سیارات دیگر شد: «برای کسانی مثل ما که در زمینه علوم و فناوری کار می‌کنند این لحظه «سلام به دنیا» است که در انتظار آن بوده‌ایم.»فیزیک کوانتوم چیست و چه کاربردهایی دارد؟
موقعیت‌یابی به کمک کوانتوم
سیستم موقعیت‌یاب جهانی (GPS) هم به فیزیک کوانتومی محتاج است. ابزارهای مسیریابی این روزها در هر تلفن هوشمندی هست و ما روزانه برای یافتن آدرس از آن استفاده می‌کنیم. پشت پرده این ابزارها مجموعه‌ای از ماهواره‌ها و ساعت‌های اتمی قرار دارند که امکان موقعیت‌یابی را فراهم می‌آورند. برای این کار لازم است که مسیریاب ما از چند ماهواره موقعیت‌یاب، سیگنال دریافت کند. این سیگنال حاوی این اطلاعات است: موقعیت دقیق ماهواره در لحظه مخابره و زمان دقیق آن. با دانستن مدت زمان سفر سیگنال و سرعت آن که مساوی با سرعت نور است، فاصله ما از ماهواره معلوم می‌شود. ابزار موقعیت‌یاب، محاسبات هندسی را برای مجموعه ماهواره‌ها انجام می‌دهد و نقطه اشتراک آنها را که موقعیت ماست اعلام می‌کند. البته به شرطی که همه این ساعت‌ها با هم کار کنند که البته همین‌طور هم هست، ساعت‌های داخل ماهواره‌ها با هم و با یک ساعت روی زمین همزمان شده‌اند. این ساعت‌ها باید بتوانند پیوسته و دقیق کار کنند؛ امکانی که ساعت اتمی فراهم کرده است. نحوه کار ساعت اتمی هم برگرفته از فیزیک کوانتومی است.کارایی عجیب لیزر
کوانتوم در پزشکی
ردپای کاربرد کوانتوم در پزشکی هم کم نیست؛ عمل جراحی لیزیک، MRI، پرتودرمانی و غیره. لیزر در درمان تومورهای سرطانی کاربرد وسیع دارد. در این روش ذرات باردار (یونیزه) مثل پروتون به سوی توده سرطانی فرستاده می‌شوند. ذره در نقطه هدف انرژی خود را آزاد می‌کند که باعث آسیب به DNA سلول سرطانی می‌شود و در نهایت آن را از بین می‌برد. این ذرات باردار در دستگاه‌های شتاب‌دهنده ایجاد می‌شوند و به اندازه‌ای که به دقت محاسبه شده به داخل بدن بیمار تابانده می‌شوند. فیزیکدانان مقدار انرژی لازم برای یونیزه کردن یک ذره را از روی تابع موج کوانتومی ذره محاسبه می‌کنند. اگرچه فیزیک کوانتومی شامل مفاهیم مجرد و معادلات ریاضی پیچیده است ولی کاربرد آن زندگی ما را تغییر داده است و امکانات جدیدی فراهم کرده که بدون شناخت رفتار کوانتومی انرژی و ماده شدنی نبود. دانشی که هنوز راه درازی برای گسترش دارد و باید به استفاده‌های بیشتر آن در آینده امیدوار بود.راه اندازی ۱۲ مرکز تحقیقاتی هوش مصنوعی و کوانتوم در آمریکا
دولت آمریکا با اختصاص بودجه‌ای یک میلیارد دلاری قصد دارد طی سال‌های آینده ۱۲ مرکز تحقیقاتی برای پژوهش در زمینه هوش مصنوعی و کوانتوم راه اندازی کند.
به نقل از سی نت، تأسیس مراکز تحقیقاتی یادشده در قالب یک برنامه ۵ ساله صورت می‌گیرد. ۶۲۵ میلیون دلار از بودجه یک میلیارد دلاری این طرح توسط دولت فدرال و باقیمانده آنکه در حدود ۳۴۰ میلیون دلار است توسط شرکت‌های فناوری مختلف تخصیص می‌یابد.
از جمله شرکت‌های فناوری که بودجه باقیمانده ۳۴۰ میلیون دلاری اجرای این طرح را تأمین می‌کنند، می‌توان به گوگل، فیس بوک، تسلا، آی بی ام، مایکروسافت، اینتل، لاکهید مارتین و غیره اشاره کرد. برخی از دانشگاه‌های برتر آمریکا نیز برای تأمین دانش فنی به کمک دولت و شرکت‌های فناوری می آیند.
پیش از این کنگره آمریکا با اختصاص بودجه ۶۲۵ میلیون دلاری توسط دولت فدرال موافقت کرده بود. کاخ سفید در ماه‌های اخیر بارها بر اهمیت دو فناوری کلود و هوش مصنوعی برای اقتصاد و امنیت ملی آمریکا تاکید کرده است.
از بین ۱۲ مرکز تحقیقاتی یادشده ۵ مرکز بر روی فناوری تولید رایانه‌های کوانتومی متمرکز خواهند شد. این مراکز زیر نظر وزارت انرژی آمریکا فعالیت می‌کنند.
اکثر دستاوردهای مهم فناورانه آمریکا حاصل اجرای طرح‌های همکاری مشترک میان دولت، بخش خصوصی و دانشگاه‌های این کشور بوده که از جمله این دستاوردها می‌توان به تولید بمب اتم، اعزام فضانورد به ماه و اختراع اینترنت اشاره کرد.
سهم فزاینده هند در آینده فناوری‌های کوانتومی در دنیا
به گزارش سایت "نیچر"، سرمایه‌گذاری قابل توجه هند در زمینه تکنولوژی کوانتوم که در یک برنامه پنج ساله گنجانده شده، این کشور را در کنار ایالات متحده، اتحادیه اروپا و روسیه قرار می‌دهد؛ در سال 2018، دولت امریکا برای برنامه‌های حوزه نوآوری کوانتوم، یک سرمایه‌گذاری 5 ساله به ارزش 1.2 میلیارد انجام داد؛ سال 2016 اروپا نیز 1.13 میلیارد دلار در زمینه تکنولوژی‌های کوانتوم سرمایه‌گذاری کرد؛ روسیه نیز به ارزش صدها میلیون دلار در این زمینه هزینه کرده است.این سرمایه که در اختیار وزارت علوم هند قرار گرفته، یک جهش بسیار بلند در راستای گام‌های قبلی است؛ در سال 2018 یک برنامه تحقیقاتی در همین زمینه حدود 28 میلیون دلار در طول پنج سال دریافت کرد.
"آشوتوش شارما" معاون دپارتمان علم و تکنولوژی دهلی گفت: تحقیقات حوزه کوانتوم در کشور هند، از لحاظ تئوری بسیار قوی است اما ما نیاز به ساخت زیربناها و مراکز آزمایشی داریم؛ ما نیاز به ظرفیت‌سازی داریم. به گفته او، مرحله جدید، ناظر بر توسعه فناوری‌های کوانتوم در بخش ارتباطات، کامپیوتر، ساخت مواد و رمزنگاری خواهد بود؛ این برنامه، فعالیت دانشمندان، صنعتگران و دپارتمان‌های دولتی را هماهنگ می‌کند.
ظرفیت تحقیقات حوزه کوانتومی، برای مدت طولانی‌ای در هند، شناسایی نشده بودند؛ اکنون با توجه به بالا بردن سرمایه‌ها از سوی دولت هند، مراکز تحقیقاتی این حوزه می‌توانند فعالیت خود را گسترش داده و سهم فزاینده‌ای در آینده فناوری‌های کوانتومی در دنیا داشته باشند
کاربردهای علم کوانتوم در آینده‌ای نه چندان دور
ساخت سمفونی شماره ۷ بتهوون، تلسکوپ هابل، درمان بیماری‌ها و... بخشی از شاهکارهای بشر هستند. اما بشر نمی‌تواند مثل گیاهان نور خورشید را بگیرد و آن را به غذا تبدیل کند. کاری که یک بوته خیار می‌تواند انجام دهد! باز هم ما از سازوکار فتوسنتز آگاه هستیم. اما هرگز نمی‌توانیم آن را مدل کنیم. کامپیوتر کوانتومی به ما اجازه می‌دهد که با مدل کردن فتوسنتز بتوانیم پنل‌هایی بسازیم که غذا تولید می‌کنند. تنها با استفاده از آب، هوا، عناصر موجود در خاک و نور خورشید. از طرفی می‌توانیم این فرایند را تسریع کنیم و در کمتر از ۱۰ ساعت یا حتی 10 دقیقه از هیچ به یک خیار برسیم! یکی از دستاوردهای علم کوانتوم، توانایی مدل‌سازی مغز انسان روی کامپیوتر است. موضوعی بسیار مهم‌تر از شبیه‌سازی یک خیار. به کمک این ابزار ما می‌توانیم احساسات و خاطرات خود را آپلود و دانلود کنیم. به‌این‌ترتیب ما با ذهن خود می‌توانیم با دیگران ارتباط برقرار کنیم. می‌توانیم از ذهن خود برای کنترل ماشین‌ها استفاده کنیم. اگر کسی دچار فراموشی شود، می‌تواند خاطره مدنظر را از فضای ابری دوباره دانلود کند. دیگر به خاطر سپردن اسامی و اعداد کار بی‌ارزشی می‌شود. مطالبی را که می‌آموزید در فضای ابری ذخیره می‌کنید و بعد می‌توانید آن را دوباره دانلود کنید. یا شاید بتوانید توانایی نواختن پیانو یا دانش کوانتوم را روی ذهن خود بارگذاری کنید. شاید باور نکنید. اما هم اینک توانسته‌اند این کار را با موش‌ها بکنند. یک موش معمای مارپیچ را حل می‌کند. خاطره آن روی مغز موشی دیگر بارگذاری می‌شود. موش دوم در تجربه اول خود، جواب معما را به یاد دارد! به‌این‌ترتیب در آینده به جای دانلود آهنگ جدید، توانایی نواختن آن را دانلود می‌کنید و به جای گوش دادن به آن، از نواختن اش لذت خواهید برد!
منبع:
1.ایسنا / انجام سومین آزمایش انتقال اطلاعات به روش کوانتومی بین برج میلاد و سازمان انرژی اتمی
2.تسنیم / برنامه بلندپروازانه هند برای توسعه "فناوری کوانتوم"
3.خبرآنلاین / ببینید | برنامه‌های آتی سازمان انرژی اتمی برای انتقال کوانتومی اطلاعات
4.خراسان / همه چیز درباره کوانتوم
5.مهر / راه اندازی ۱۲ مرکز تحقیقاتی هوش مصنوعی و کوانتوم در آمریکا
6.ایسنا /صالحی: ایران به میدان کوانتوم آمده است
