روزنامه خراسان
1399/11/13
اینک ایران کوانتومی
مصطفی عبدالهی – به خود می‌بالیم که ایران عزیز در چهل و دومین بهار عمر انقلاب، قله‌ای دیگر از قله‌های علم و فناوری جهان را فتح کرده و نامش در جمع حدود 10 کشور فعال در عرصه فناوری‌های کوانتومی قرار گرفته است. ششم بهمن‌ماه بود که سومین مرحله آزمایش توزیع کلید کوانتومی مبتنی بر درهم‌تنیدگی فوتون‌ها، با موفقیت در کشور انجام شد تا ایران اسلامی یک گام دیگر به بهره‌مندی از این دانش نوین جهانی نزدیک‌تر شود. آن‌طور که دکتر «علی‌اکبر صالحی»، رئیس سازمان انرژی اتمی ایران، در مراسم رونمایی از این دستاورد اعلام کرد، این دانش در حوزه‌های مختلفی همچون مخابرات، دفاعی، ارتباطات بانکی، پزشکی، کامپیوتر، تصویربرداری، هوش مصنوعی، حسگرها، ساعت اتمی، رادار، بیولوژی و زیست‌شناسی کاربرد دارد. هم‌اکنون کشورهای معدودی از جمله اتریش، آمریکا، چین، روسیه، هند، انگلیس و کانادا در این حوزه فعال هستند و اما ایران اولین کشور در غرب آسیاست که تلاش می‌کند از این رقابت علمی جهانی عقب نماند. دکتر صالحی از راه‌اندازی رشته دانشگاهی فناوری کوانتوم با همکاری چند دانشگاه تراز اول کشور هم خبر داده و گفته است: برای تجاری‌سازی این فناوری نیز قراردادهایی بین سازمان انرژی اتمی با وزارت دفاع، معاونت علمی و فناوری ریاست‌جمهوری و وزارت ارتباطات منعقد خواهد شد. برای این‌که با این دانش جدید و البته پیچیده بیشتر آشنا شویم، با دکتر «جواد کریمی‌ثابت» معاون سازمان انرژی اتمی و رئیس پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای ارتباط برقرار کردیم؛ فردی که علاوه بر این جایگاه سازمانی، به عنوان مشاور و دستیار ویژه رئیس سازمان انرژی اتمی در ایجاد و توسعه فناوری‌های کوانتومی نیز ایفای مسئولیت می‌کند. آن‌چه در ادامه می‌خوانید، مشروح پاسخ‌های اختصاصی دکتر کریمی‌ثابت به سوالات خراسان است: لطفا در ابتدای گفت‌وگو «انتقال داده با فناوری کوانتومی» را به زبان ساده و قابل درک برای عموم مخاطبان تعریف کنید. فناوری‌های کوانتومی، در کنار هوش‌مصنوعی و یادگیری‌ماشینی، یکی از مهم‌ترین فناوری‌های قرن 21 است که در حال ایجاد انقلاب شگرفی در علم و فناوری است. فناوری‌های کوانتومی در حقیقت به فناوری‌های حاصل از پدیده‌ها و قوانین فیزیک کوانتومی، مانند برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی کوانتومی، اطلاق میشود. برهم‌نهی کوانتومی و درهم‌تنیدگی کوانتومی دو ویژگی مهم در فناوری‌های کوانتومی به شمار می‌آیند که تاثیر به‌سزایی در دستیابی به حوزه‌های انتقال اطلاعات کوانتومی تا زمینه‌های تازه‌تر مانند بیولوژی کوانتومی و ترمودینامیک مقیاس نانو، داشته است. رمزنگاری داده‌ها به منظور مخابره امن اطلاعات نکته مهم در انتقال اطلاعات، رمزنگاری است. در رمزنگاری، ابتدا باید پیام به صورت الگوریتم خاصی کدگذاری و پس از آن برای رمزگشایی آن از کلید استفاده شود که این کلید باید به‌طور امن محافظت شود. لذا هدف از رمزنگاری، ساختن طرح‌ها یا پروتکل‌هایی است که به افراد امکان بدهد با وجود دشمن و روی یک کانال ناامن، با حفظ حریم خصوصی، داده‌هایشان را به صورت امن با هم مخابره کنند. از روش‌های کلاسیک متعددی برای این منظور استفاده می شود که امنیت این روش‌ها مستلزم استفاده از الگوریتم‌های ریاضی پیچیده و زمان‌بر است؛ با این حال، با پیشرفت‌هایی که حاصل شده و خواهد شد، حتی پیچیده‌ترین الگوریتم‌های رمزنگاری هم در کسری از ثانیه رمزگشایی میشود! انتقال امن اطلاعات با استفاده از فناوری اطلاعات کوانتومی راهکار جلوگیری از این اتفاق، نظریه اطلاعات کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی است که سبب میشود یک کلید مشترک میان دونفر وجود داشته باشد، بدون آن‌که نفر سوم اطلاعی از آن به دست آورد. اساس این کار استفاده از درهم‌تنیدگی کوانتومی است. به دلیل درهم‌تنیدگی کوانتومی، هرگونه استراق‌سمع توسط شخص ثالث، به سادگی و با سرعت قابل شناسایی است زیرا به محض این‌که شخص ثالثی اقدام به استراق‌سمع کند، درهم‌تنیدگی میان حالت فوتون‌های گیرنده و فرستنده از بین رفته و به سرعت توسط گیرنده و فرستنده قابل تشخیص است. نکته دیگر این‌که با داشتن این دانش و بهره‌مندی از کامپیوترهای کوانتومی حتی اطلاعات رمزشده بایگانی‌شده در صورتی که در اختیار دشمنان قرار بگیرد هم به سادگی قابل رمزگشایی نخواهد بود. همت جهادی محققان جوان داخلی با توجه به اهمیت و جایگاه این فناوری، محققان کشور ما نیز برای دستیابی به آن تلاش بسیاری داشته‌اند و این تلاش‌ها دستاوردهایی نیز داشته است. مرکز فناوری‌های کوانتومی ایران به عنوان اولین متولی و پیشرو، فعالیت خود را از سال 97 آغاز و هم‌اکنون برخی آزمایشگاه‌های مربوطه را تجهیز کرده است. اخیرا با تلاش و همت جهادی و شبانه‌روزی محققان جوان مرکز فناوری‌های کوانتومی ایران که همگی از دانش‌آموختگان برتر دانشگاه‌های داخل کشور هستند، آزمایش توزیع کلید کوانتومی در 3 فاز آزمایشگاه، میان دو ساختمان به مسافت 300 متر و همچنین میان ساختمان مرکز فناوری‌های کوانتومی ایران تا تراز 300 متری برج میلاد به مسافت 1650 متر محقق شد. پیش به سوی ارسال ماهواره‌های کوانتومی این دستاورد به عنوان بخشی از زیرساخت موردنیاز و گامی به سوی «ماهواره کوانتومی»، «رادار/ لیدار کوانتومی(فاصله‌سنجی کوانتومی)» و «شبکه‌های کوانتومی» تلقی میشود. بدون‌تردید با وجود این فناوری و حمایت سازمان‌های مربوط و تشکیل کنسرسیومی از کاربرهای مختلف می‌توان از این تکنولوژی نوظهور در حوزه‌های مختلف در کشور بهره‌برداری کرد. حتی با دانش به‌دست‌آمده، ارسال ماهواره کوانتومی به فضا امکان‌پذیر میشود که در این صورت انتقال داده به صورت امن تا مسافت حدود 2هزار کیلومتر در دسترس است. کاربرد این فناوری به‌طور مشخص چه خواهد بود؟ با آن که به نظر می رسد معنای واقعی فیزیک کوانتومی هنوز مورد بحث است، اما کاربردهای بی‌شمار آن بسیار مشخص تر از معنای آن است و کاربردش در زندگی امروزی به طرز چشمگیری رو به افزایش است. برای مثال تمام لوازم الکترونیکی موجود در رایانه‌ها، تلفن‌ها، تلویزیون‌ها و تبلت ها و حتی دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی با اصول مکانیک کوانتومی کار میکنند. اکنون نیز شاهد ورود مکانیک کوانتومی در بسیاری از حوزه‌های علوم و فناوری هستیم. جهان در آستانه انقلابی علمی در حوزه فناوری‌های کوانتومی و ظهور عصر جدیدی است که همانند انقلاب فناوری‌های دیجیتال و ظهور عصر اطلاعات، تحول بزرگی را در زندگی بشر ایجاد خواهد کرد. افزایش سرعت محاسبات، حسگرهای مغناطیسی و ساعت‌های اتمی یکی از مهم‌ترین مزایای فناوری های کوانتومی، افزایش قابل‌توجه سرعت محاسبات است؛ مثلا یک کامپیوتر کوانتومی قادر خواهد بود، محاسباتی را که برای یک کامپیوتر معمولی هزاران سال به طول می‌انجامد، تنها در چند ثانیه انجام دهد. کاربرد مهم دیگر این فناوری، امنیت بسیار بالا در انتقال اطلاعات و کاهش احتمال هک‌شدن سیستم‌ها خواهد بود. از جمله دیگر کاربردهای فناوری کوانتومی می‌توان به ساخت حسگرهای مغناطیسی و گرانشی با دقت بسیار بالا، ساعت‌های اتمی دقیق، ردیابی شیء و همچنین کاربردهای آن در علم ژنتیک و علم مواد اشاره کرد. فناوری های کوانتومی در آینده نزدیک در مجموع باید گفت پدیده‌ای که به عنوان انقلاب کوانتومی معرفی میشود، آینده را در حوزه سلامت، انرژی، امنیت و ارتباطات از طریق توسعه فناوری در زمینه‌های حسگرهای کوانتومی، رایانه‌های کوانتومی، ارتباطات و رمزنگاری کوانتومی، شبیه‌سازی کوانتومی، تصویربرداری کوانتومی، اندازه‌شناسی کوانتومی و تولید مواد پیشرفته به شدت دگرگون می‌کند. هم‌اکنون این فناوری در سطح جهان در چه وضعیتی قرار دارد و ما در چه مرحله‌ای هستیم؟ کشورهای پیشرفته در این زمینه سرمایه‌گذاری بسیاری انجام داده‌اند؛ به عنوان مثال، در سال‌های اخیر کشور چین با صرف هزینه هنگفتی، مدعی ساخت ماهواره کوانتومی شده و به دنبال آن، طی همکاری با کشورهای اروپایی پروژه مشترکی تعریف کرده تا با استفاده از این ماهواره بین آسیا و اروپا ارتباط کوانتومی برقرار کند. اتحادیه اروپا، کانادا، چین، آمریکا وسنگاپور از جمله کشورهایی هستند که طی دو دهه اخیر در این حوزه سرمایه‌گذاری کرده‌اند. سرمایه گذاری های انجام شده در زمینه فناوری های کوانتومی به‌طور خلاصه حجم سرمایه‌گذاری‌های انجام‌شده در دنیا میلیاردها دلار برای بازه‌های زمانی 5 تا 10 ساله برای افق 2020 یا 2030 بوده است و شرکت‌های مطرحی مانند گوگل، IBM و Alibaba نیز سرمایه‌گذاری قابل توجهی در این حوزه داشته‌اند. بنابراین، با توجه به تلاش‌های 2 دهه اخیر که منجر به ساخت اولین کامپیوترهای کوانتومی توسط شرکت‌های گوگل، آی‌بی‌ام، اینتل و علی‌بابا شده، پرداختن به موضوع فناوری‌های کوانتومی در کشور ضروری است. به همین دلیل هم‌اکنون در ایران نیز سرمایه‌گذاری‌ها در این زمینه از حدود یک میلیون دلار آغاز شده است. دستاورد ایران؛ اولین تجربه در منطقه حالا برای اولین‌بار در منطقه، آزمایش درهم‌تنیدگی کوانتومی، در مرکز ملی علوم و فنون لیزر ایران انجام شده و تکنولوژی مربوط به تولید این حالت‌ها در کشور بومی‌سازی شده است. پس از تأسیس مرکز فناوری‌های کوانتومی ایران، این آزمایش در این مرکز نیز مجدداً انجام و بهینه‌سازی شد و از آن در مشخصه‌یابی حالات کوانتومی و همچنین برپایی آزمایشی ساده در حوزه حسگری کوانتومی (آزمایش شناسایی محلول‌های مختلف DNA ماهیچه دست انسان و خرگوش در غلظت‌های مختلف از طریق عبورسنجی کوانتومی با دقتی 10 برابر بیش از روش‌های مرسوم کلاسیکی) و غیره استفاده شده است که برای اولین‌بار در کشور بوده است. سایر فعالیت ها در مرکز فناوری های کوانتومی در مرکز فناوری های کوانتومی، پروژه های کاربردی متعددی تعریف شده است. این فناوری شامل 4 حوزه اصلی، شامل «مترولوژی و حسگری کوانتومی»، «مخابرات کوانتومی»، «شبیه‌سازی آنالوگ و دیجیتال کوانتومی»، «رایانش و محاسبات کوانتومی» است که اکنون پروژه‌های مختلفی در هر یک از این حوزه ها در دست پیگیری است؛ از جمله: تصویربرداری کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی در فضای آزاد و در بستر فیبر، اندازه‌گیری کوانتومی کمیت‌های مختلف فیزیکی، ساعت اتمی، مغناطیس‌سنجی کوانتومی، نقشه کوانتومی مغز، ژیروسکوپ و مسیریاب کوانتومی. فناوری‌های کوانتومی چه مزایای مهمی برای کشور خواهد داشت؟ دستیابی به این فناوری باعث می شود کشورمان در بین چند کشور دارای این فناوری قرار بگیرد. با توجه به کاربردهای شگفت‌انگیز این فناوری، بهره مندی از آن موجب افزایش امنیت داده‌ها، دستیابی به سرعت محاسبات بالا، بهبود دقت دستگاه‌های اندازه‌گیری و سنسورها، یا تصویر برداری‌های پزشکی و در امان بودن از خطر هک‌شدن رمزها توسط کامپیوتر کوانتومی، بهبود امنیت رمزبانک‌ها و... خواهد شد. ارتقای امنیت ملی و دانش بومی این فناوری به دلیل آن‌که از یک‌سو دارای کاربردهای ویژه ای است و از سوی دیگر، فناوری نوظهور و دارای تخصص بالایی است، توسط کشورهای پیشرفته در اختیار کشورهای دیگر قرار نمی گیرد یا با قیمت بسیار گزافی فروخته می شود و موجب ایجاد وابستگی خواهد شد. بنابراین دستیابی به این فناوری باعث عدم‌نیاز به سایر کشورها برای تامین فناوری موردنیاز کشور خواهد شد و مزایایی مانند ارتقای امنیت اطلاعات ملی، ارتقای دانش فنی بومی، افزایش توان اقتصادی و تولیدات پیشرفته، تربیت نیروی انسانی ماهر و اشتغال را به همراه دارد. با توجه به پیشتازی ایران در منطقه در حوزه فناوری کوانتومی، آیا مزایای صادرات فناوری هم برای ما ایجاد خواهد شد؟ فناوری یکی از مهم‌ترین عوامل توسعه اقتصادی و صنعتی کشورهاست، به خصوص فناوری‌های برتر که در رشد و ترقی صنعت هر کشوری بسیار موثر هستند و همچنین، صادرات و انتقال این نوع فناوری‌ها باعث ایجاد ارزش افزوده بالا میشود. علاوه بر آن، حاصل و نتیجه این انتقال فناوری روی دیگر بخش‌های اقتصادی هم تاثیرگذار است و باعث افزایش بهره‌وری و شکوفایی آن‌ها خواهد شد. بنابراین، با پیشتازی ایران در حوزه فناوری‌های کوانتومی و صادرات آن، می‌توان از مزایای انتقال فناوری استفاده کرد. چشم‌انداز ایجاد بازار منطقه‌ای برای کشور هم‌اکنون بخشی از تجهیزات این فناوری در کشور ما وارداتی است اما سعی کرده‌ایم در قالب پروژه‌های مختلف، بومی‌سازی و ساخت آن‌ها را دنبال کنیم. مطمئنا در صورتی که سرعت حرکت‌مان را بیشتر کنیم، می‌توانیم با تولید و بومی‌سازی تجهیزات مورد استفاده در فناوری کوانتومی، بازار قابل توجهی در منطقه برای خودمان ایجاد کنیم تا بعد از ارتقا و برندسازی، بتوان بازارهای بزرگ‌تر در کشورهای دیگر را نیز تصاحب کرد که محقق شدن این هدف در صورت برنامه‌ریزی و مدیریت درست به همراه سرمایه‌گذاری هوشمندانه چندان هم دور از ذهن نیست. آورده‌های اقتصادی برای کشور این فناوری از نظر انتقال تکنولوژی و فروش دستگاه‌های تجاری مرتبط و همچنین رسیدن به خودکفایی و حذف وابستگی به دیگر کشورها برای خرید تجهیزات موردنیاز، در زمینه اقتصادی هم بسیار تاثیرگذار خواهد بود. علاوه بر آن، سرریز تکنولوژی حاصل از فناوری‌های کوانتومی در دیگر بخش‌ها همچون میکروالکترونیک، اپتیک و غیره نیز منجر به تأثیرات اقتصادی مثبت خواهد شد. چقدر تا خودکفایی در این فناوری زمان نیاز داریم و برنامه ریزی ها برای دستیابی به این مهم چه بوده است؟ ما تازه اول راه هستیم و گام‌های نخستین را برداشته‌ایم در حالی‌که دنیا دو دهه از ما جلوتر است، بنابراین باید با تلاش و شبکه‌سازی این فاصله را کم کنیم. مبحث خودکفایی در این حوزه به شکل جدی در حال پیگیری است و همکاری‌هایی با دانشگاه تهران و دانشگاه صنعتی شریف نیز ایجاد شده است. در همین راستا، با هدف توسعه علوم و فنون جدید در حوزه کوانتومی، موسسه پژوهشی فناوری‌های کوانتومی دانشگاه‌های تهران و صنعتی شریف تأسیس شده تا ضمن همکاری با دانشگاه‌ها و استفاده از تجارب و پشتیبانی‌های علمی و فناورانه پژوهشگران داخلی و بین‌المللی، در توسعه و ارتقای علوم و فناوری‌های کوانتومی کشور گام‌های دیگری برداشته شود. همچنین، با همکاری برخی شرکت‌های دانش‌بنیان و پروژه‌های دانشجویی در دانشگاه‌های تهران، صنعتی شریف، تحصیلات تکمیلی زنجان، امیرکبیر، شهیدبهشتی و برخی دیگر از دانشگاه‌ها، سعی میشود بحث خودکفایی به طور جدی دنبال شود. تلاش برای خودکفایی کامل هم‌اکنون برخی از نیازهای این فناوری نیز در کشور بومی‌سازی شده و نیاز به خرید از خارج از کشور نداریم اما عدم وابستگی به تجهیزات اصلی نیازمند همکاری دیگر بخش‌ها و شبکه‌سازی در کشور است که در دست بررسی و همکاری است. علاوه بر این، با توجه به این‌که دانشگاه اصفهان به عنوان قطب اصلی اپتیک کوانتومی در ایران شناخته میشود و اقدام به سامان‌دهی «خوشه فناوری کوانتومی در اصفهان» کرده است، امیدواریم با توسعه همکاری‌ها بین مرکز فناوری‌های کوانتومی و سایر موسسه‌های پژوهشی دانشگاهی بتوانیم سرعت رشد این فناوری در ایران را افزایش دهیم. البته قطعا همکاری شرکت‌های دانش‌بنیان و دیگر وزارت‌خانه‌ها، سازمان‌ها و دانشگاه‌ها در این مسیر به رشد کیفیت و کمیت این حوزه کمک خواهد کرد.
سایر اخبار این روزنامه
همه پای‌کار حاشیه مشهد
داوری یعنی خوب دیدن و دویدن!
بازگشت صف خرید به بازار ارز پایتخت
شهرهای روسیه دوباره شلوغ شد
بهشت جادوگرها!
اصلاحات بودجه ای ناتمام تلفیق کامل می شود؟
اینک ایران کوانتومی
عطر فجر چهل و دوم در دیدار یاران
نگرانی فکری، ادامه ماجرای عنابستانی و دفاع نمکی از واکسن روسی
روحانی: حرف امام (ره) درباره آب و برق مجانی را محقق کردیم
طرح «شفافیت آرا» در دستور کار نمایندگان مجلس
با کاهش نرخ ارز، اجناس ارزان شد؟
ارزان شدن اینترنت به نفع اپراتورها!
