آزمایش اینترنتی کوانتومی غیرقابل هک در زیرزمین

فرارو- پژوهش کوانتومی در آزمایشگاه دانشگاه شیکاگو می‌تواند به جلوگیری از هک شدن و اتصال وب ابر رایانه‌های آینده کمک کند.

به گزارش فرارو به نقل از پست، راز یک اینترنت امن‌تر و قوی‌تر است که در پستوی یک زیرزمین نهفته باشد. این زیرزمین کوچک با ۹۱ سانتی متر در آزمایشگاهی دانشگاه شیکاگو حاوی قفسه‌های باریک است که ذرات کوانتومی را با یک شبکه فیبر نوری شلیک می‌کند. هدف از این کار چیست؟ از کوچک‌ترین اشیای طبیعت برای اشتراک‌گذاری اطلاعات رمزگذاری که شکسته نمی‌شوند و در نهایت برای اتصال شبکه‌های رایانه‌های کوانتومی که قادر به محاسبات هرکولی یا غول پیکر هستند هستند.

ایالات متحده، چین و سایرین در رقابت های کنونی برای استفاده از ویژگی های عجیب ذرات کوانتومی به منظور پردازش اطلاعات به روش های جدید قدرتمند هستند. فناوری‌هایی که می‌توانند بیشترین اقتصادی را داشته باشند و امنیت ملی را برای آن تسلط دارند که همراه داشته باشند.

پژوهش‌های کوانتومی به اندازه‌های آینده برای اینترنت آینده می‌توانند بودجه فدرال تازه‌ای را از جمله بودجه تعیین‌شده در قانون جدید تصویب شده تراشه‌ها و علم را دریافت کنند. این خاطر است که اینترنت کوانتومی می‌تواند از تراکنش‌های مالی و داده‌های مراقبت‌های بهداشتی محافظت کند، می‌تواند از امنیت جلوگیری کند و هکرهای دولت متخاصم را متوقف کند.

هفته گذشته سه فیزیکدان جایزه نوبل را برای پژوهش‌های کوانتومی به اشتراک گذاشتند که به هموار کردن راه برای این اینترنت آینده کمک کرد.

پژوهش‌های کوانتومی هنوز برای غلبه بر استفاده از خطر روی خود دارند. با این وجود، بانک ها، شرکت‌های مراقبت‌های بهداشتی و سایر بخش‌ها شروع به انجام آزمایش‌هایی روی اینترنت کوانتومی کرده‌اند. برخی از صنایع نیز در حال دستکاری با رایانه‌های کوانتومی در مراحل اولیه هستند تا ببینند که آیا در نهایت ممکن است مشکلاتی را که رایانه‌های فعلی قادر به رفع آن‌ها می‌کنند، به آن‌ها مانند کشف داروهای جدید برای درمان بیماری‌های صعب‌العلاج اصلاح کنند یا خیر.

«گرانت اسمیت» دانشجوی کارشناسی ارشد در تیم پژوهشی دانشگاه شیکاگو می‌گوید که همه کاربردهای بالقوه خیلی زود است. او در جریان بازدید از آزمایشگاه‌های دانشگاه گفت: «زمانی که افراد برای اولین بار اینترنتی‌های ابتدایی را ایجاد کردند که رایانه‌های سطح پژوهش و دانشگاه‌ها و آزمایشگاه‌های ملی را به هم مرتبط می‌کنند، نمی‌توانند تجارت الکترونیک را پیش بینی کنند».

مطالعه فیزیک در اوایل قرن بیستم آغاز شد زمانی که تحقیقات کشف ریز انجام شد.

این اکتشافات که اولین «انقلاب کو» نامیده می‌شود به ظهور فناوری‌های تازه‌ای مانند لیزر و ساعت اتمی تبدیل شد. با این وجود، پژوهش‌های مطالعاتی را با استفاده از قدرت‌های عجیب و غریب جهان کوانتومی نزدیک می‌کند.

«دیوید آوشالوم» استاد دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر دانشگاه شیکاگو و رهبر تیم کوانتومی این را دومین انقلاب کوانتومی می‌نامد. او می‌گوید که این رشته «در تلاش است تا روشی را طراحی کند که طبیعت را در اساسی‌ترین سطح خود با جهان ما رفتار کنیم و از این رفتارها برای فناوری‌ها و برنامه‌های جدید استفاده کنیم».

رایانه‌ها و شبکه‌های ارتباطی موجود را با شکستن آن به جریان‌های بزرگ بیت‌ها ذخیره‌شده و پردازش کرده و انتقال اطلاعات می‌دهند که معمولاً پالس‌های الکتریکی یا نوری هستند که صفر یا یک را نشان می‌دهند.

ذرات کوانتومی که به بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها نیز می‌توانند به صورت صفر و یک یا در هر موقعیت موقعیت پذیری به نام «ابر جایگاه» وجود داشته باشند که به آن ذرات اجازه می‌دهند اطلاعات را به روش‌های پردازش‌کننده تبدیل کنند. برخی از فیزیکدانان آن را با یک سکه در حال چرخش مقایسه می‌کنند که همزمان در حالت سر و دم قرار می‌گیرد. هم چنین، بیت‌های کوانتومی می‌توانند درهم تنیدگی‌ای را نشان دهند که در آن دو یا چند ذره به طور جدانشدنی به هم مرتبط هستند و دقیقا یکدیگر را بازتاب می‌دهند حتی زمانی که با فاصله فیزیکی زیاد از یکدیگر جدا شوند. آلبرت انیشتین این اقدام را «عمل شبح‌وار از راه دور» نامید.

سخت‌افزار در پستوی زیرزمین به یک شبکه فیبر نوری ۱۹۹ کیلومتری متصل می‌شود که از محوطه دانشگاه در سمت جنوبی شیکاگو به دو آزمایشگاه عرضه شده است که در حومه غریی قرار گرفته است که همکاری می‌کنند یعنی آزمایشگاه ملی آرمان و آزمایشگاه شتاب دهنده ملی فِرمی مرتبط می‌شود.

این تیم از فوتون‌ها استفاده می‌کنند که ذرات کوانتومی نور هستند و برای ارسال کلیدهای رمزگذاری از طریق شبکه استفاده می‌کنند تا ببینید که چگونه از فیبرهایی عبور می‌کنند که از زیر بزرگراه‌ها، پل‌ها و باجه‌های عوارض می‌گذرند. ذرات کوانتومی بسیار ظریف هستند و بر اثر کوچک‌ترین مشکلی مانند ارتعاش یا تغییر دما به میزان عملکرد دارند. بنابراین، فرستادن آن ذرات به طول و واقعی است.

در زیرزمین دانشگاه یک قطعه سخت‌افزار ساخته شده توسط شرکت ژاپنی توشیبا جفت فوتون‌های درهم تنیده را ساطع می‌کند و یکی از هر جفت را از طریق شبکه به آرگون که ۴۸ کیلومتر دورتر در لمونت می‌فرستد. یک کلید رمزگذاری روی رشته‌های از جفت فوتون‌ها کدگذاری می‌شود.

از آنجایی که جفت‌ها در هم پیچیده هستند کاملاً با هماهنگی می‌باشند. آوشالوم می‌گوید: «به یک معنا می‌توانید آن را به عنوان یک قطعه از اطلاعات مشاهده کنید». زمانی که فوتون‌های به اصطلاح سفر کرده به آرگون می‌رسند، آن فوتون‌ها را اندازه‌گیری کرده‌اند و کلید را استخراج می‌کنند. آوشالوم می‌گوید هر فردی که برای هک کلید جستجو کند با شکست مواجه خواهد شد زیرا قوانین مکانیک کوانتومی می‌گویند که هر جستجوی برای مشاهده ذرات در حالت کوانتومی به طور خودکار ذرات را تغییر داده و اطلاعات انتقال را از بین می‌برد. هم چنین، به فرستنده و گیرنده در مورد جستجو برای استراق سمع هشدار می‌دهد.

«استیون گیروین» استاد در دانشگاه ییل در مورد اکتشافات فیزیکی اخیر در فناوری کوانتومی می‌گوید: «مشکلات فنی بزرگی وجود دارد که باید بر آن غلبه کرد. با این وجود، شما می‌توانید استدلال کنید که این می‌تواند به یک فناوری فناوری قرن بیستم که لیزر، ترانزیستور و ساعت اتومی باشد و در نتیجه آن پی اس و اینترنت را به ما عرضه کند، تبدیل کند».

یکی از مشکلاتی که آنها سعی می‌کنند آن را برطرف کنند، این است که همان طور که ذرات نور را از طریق الیاف شیشه‌ای شبکه عبور می‌کنند، باعث می‌شود که نور از طریق مسافت مشخص شود. بنابراین، محققان در جستجو هستند تا دستگاه‌هایی بسازند که اطلاعات ذرات نور را در حین حرکت آن ذرات گرفته و ذخیره کنند و سپس اطلاعات را با ذره‌های تازه به جلو بفرستند مانند پونی اکسپرس فوتونی.

زلدون یکی از افرادی است که در این پژوهش با پوشیدن دستکش های لاتکس بنفش برای جلوگیری از آسیب رساندن به سطح یک بُرد مدار کوچک دارای دو تراشه کاربید سیلیکون است که او و همکاران به عنوان ابزارهایی برای ذخیره و کنترل اطلاعات بیت های کوانتومی آزمایش می کنند در دست کار می کنند. . سپس در همان روز زلدون قصد داشت تراشه‌ها را تا خیلی کم خنک کند و آن تراشه‌ها را زیر میکروسکوپ بررسی کند تا به دنبال بیت‌های کوانتومی باشد که در تراشه‌ها کاشته شده بود و سپس می‌توانم آن بیت کوانتومی را با مایکروویو برای تبادل اطلاعات با فوتون‌ها انجام دهم. دستکاری کند.

«جو هرمانز» دانش‌آموزی از آرگون و همکارانش نیز در تلاش هستند تا دستگاه‌ها و مواد غذایی را برای کمک به فوتون‌ها برای انتقال اطلاعات کوانتومی در فواصل دورتر توسعه دهندگان. او می‌گوید که الماس مصنوعی از موادی است که نویدبخش است.

بودجه فدرال از قانون ابتکار انتومی ملی که توسط کنگره تصویب شد و در سال ۲۰۱۸ میلادی توسط «دونالد ترامپ» رئیس جمهور پیشین تصویب شد تا راکتور دوم را به کمک آزمایشگاه ببرد.

قانون تراشه و علم که در ماه آگوست توسط بایدن رئیس جمهور آمریکا حمایت بیشتری برای تحقیق و توسعه می‌کند که خود باعث تقویت تلاش‌های کوانتومی می‌شود.

هرمانز در گوشه‌ای از آزمایشگاه خود به دستگاه توشیبا اشاره کرد که مشابه دستگاه دانشگاه شیکاگو بود. از آنجا که مجموعه‌های رنگارنگ‌هایی را به شبکه‌های می‌رسانند و از آن خارج می‌شوند که پس از خروج از آزمایشگاه در هر جهت به سوی دانشگاه شل و آزمایشگاه فِرمییک می‌شوند. پژوهش در حال حاضر با آزمایش های آزمایشی مشابه در بوستون، نیویورک، مریلند و آریزونا هستند. شبکه های آزمایشی نیز در هلند، آلمان، سوئیس و چین وجود دارند.

هدف آن روزی است که تمام این بسترهای آزمایشی را از طریق فیبر و پیوندهای ماهواره‌ای به اینترنت کوانتومی نوپایی که ایالات متحده آمریکا و در نهایت جهان را پوشش می‌دهد، انجام دهد. همانطور که شبکه رشد می‌کند به طور ایده‌آل می‌تواند تنها برای ارسال اطلاعات رمزگذاری شده برای اتصال رایانه‌های کوتومی به منظور افزایش قدرت پردازش آن رایانه‌ها نیز استفاده از آن، همان چیزی است که برای رایانه‌های رایانه‌ای فعلی انجام می‌شود.