خداحافظی با دنیای صفر و یک

چند روز بیشتر از انتشار این خبر نمی‌گذشت که ادوارد اسنودن، کارمند سازمان سیا در اظهاراتی جنجالی از برنامه سری آمریکا و انگلیس برای دسترسی به اطلاعات شخصی کاربران اینترنت در آمریکا و کشورهای دیگر پرده برداشت.

اتفاقاتی از این دست نگرانی‌های بین‌المللی را در مورد ایمنی فضای مجازی به شکل قابل توجهی افزایش داده است.

تاسیسات هسته‌ای کشورمان نیز در سال 90 مورد حمله ویروس استاکس نت قرار گرفت و چند سانتریفیوژ نیروگاه نطنز به​طور موقت از کار افتاد.

استاکس نت بنا به گفته مسئولان کشورمان از طریق حافظه جانبی آلوده وارد کشور شده بود ولی از اینترنت برای ارسال اطلاعات جمع‌آوری شده به کشورهای دیگر استفاده می‌کرد.

پس از آمریکا دولت استرالیا هم ادعاهای مشابهی را در مورد جاسوسی سایبری چین مطرح کرد و گفته می‌شود روسیه هم از عواقب این حملات در امان نمانده است.

فضای اینترنت دیگر به هیچ وجه امن نیست و همه کشورهای دارای فناوری‌های پیشرو از این ناامنی احساس خطر می‌کنند.

این جدال‌های سیاسی فارغ از صحت و سقم آنها بار دیگر همه توجهات را به لزوم یافتن راه‌حلی مطمئن برای افزایش ایمنی فضای مجازی جلب کرد اما شرکت‌های عظیم طراحی و تولید سخت‌افزار و نرم‌افزار قادر نیستند راه‌حلی برای این معضل ارائه دهند و همه نگاه‌ها به آزمایشگاه‌های فیزیک ذرات و تحقیقات گسترده فیزیکدانان کوانتومی دوخته شده است.

نبرد جدیدی میان دانشمندان و هکرها آغاز شده و آن‌طور که از شواهد برمی‌آید دیر یا زود، دانشمندان مثل همیشه فاتحان عرصه نبوغ و نوآوری خواهند بود.

البته هدف آنها بیرون راندن هکرها از دنیای صفر و یک نیست. در واقع آنها دنیای صفر و یک را برای همیشه به هکرها واگذار خواهند کرد و برای انجام محاسبات و ذخیره و کدگذاری اطلاعات به دنیای جدید کوانتوم قدم می‌گذارند.

آغاز عصر رایانه‌های کوانتومی را باید پایانی بر چند دهه حکمرانی هکرها ـ این راهزنان دنیای مجازی ـ دانست.

کشور استرالیا عکس‌العمل جدی‌تری به شایعات مطرح شده در مورد سرقت اینترنتی اطلاعات نظامی‌اش نشان داد.

دانشمندان این کشور ماموریت دارند یک شبکه اطلاعاتی غیرقابل نفوذ برای نگهداری اطلاعات نظامی طراحی کنند. در ادامه به بررسی بخشی از نتایج قابل توجه این تحقیقات می‌پردازیم.

کابوس هکرها

فرآیند رمزنگاری مثلثی است که در یک راس آن رمزنگار یا فرستنده رمز، در راس دیگر گیرنده رمز و در راس سوم هکر قرار می‌گیرد.

هکر می‌تواند بدون این‌که فرستنده و گیرنده رمز متوجه حضور او باشند به شبکه وارد شود و به اطلاعات مورد نیاز خود دسترسی پیدا کند.

روش رایج برای مقابله با هکرها استفاده از کدهای پیچیده است تا شکستن آنها در حد امکان دشوار باشد ولی این تلاش‌ها راه به جایی نبرده‌ است.

در رایانه‌های کوانتومی در صورت ورود هکرها، رایانه به صورت هوشمند از حضور آنها مطلع می‌شود و اطلاعات مورد نظر آنها را در شبکه جابه‌جا یا نابود می‌کند.

تصور کنید بجای این‌که رمز دشواری برای گاوصندوق خود انتخاب کنید و نگران شکسته شدن آن به وسیله سارقان باشید، سازوکاری را طراحی کنید که وقتی سارق به گاوصندوق شما در اتاق خواب نزدیک می‌شود، گاوصندوق به طور خودکار به اتاق پذیرایی انتقال می‌یابد.

رایانه کوانتومی چیست؟

هر جزء یا بیت اطلاعات در رایانه‌های معمولی بر روی انبوهی از اتم‌ها در ریزتراشه‌های سیلیکونی ذخیره می‌شود ولی در رایانه‌های کوانتومی، نقش بیت‌های اطلاعاتی را بخشی از یک اتم مانند الکترون‌ها یا هسته آن بازی می‌کنند.

وظیفه بررسی خواص ماده در مقیاس اتم و کوچک‌تر از آن بر عهده فیزیک کوانتوم است بنابراین به هر کدام از این بیت‌های جدید یک بیت کوانتومی یا به اختصار کیوبیت می‌گوییم.

تفاوت کیوبیت‌ها با بیت‌ها در این است که یک بیت در یک لحظه فقط می‌تواند صفر یا یک باشد ولی یک کیوبیت به‌طور همزمان می‌تواند مقدار صفر، یک، یا هر عددی بین صفر و یک داشته باشد.

با این روش می‌توان با در اختیار داشتن فقط300 اتم فسفر، کیوبیت‌هایی به تعداد همه ذرات بنیادین عالم در اختیار داشت.

اتم‌ها به‌قدری کوچک هستند که نقطه پایان این جمله از حدود صد میلیارد اتم کربن تشکیل می‌شود.

اگر بخواهید با چشم غیرمسلح، هسته یکی از این اتم‌ها را ببینید باید این نقطه را با همین تعداد اتم به اندازه قطر کره زمین از قطب شمال تا جنوب گسترش دهید و اگر بخواهید یک الکترون را ببینید باید قطر همان نقطه را تا صد برابر قطر خورشید افزایش دهید ولی دانشمندان چگونه می‌توانند اطلاعات را بر روی هسته اتم یا الکترون‌های آن ثبت کنند؟

برای انجام این‌کار آنها باید یکی از ویژگی‌های ذرات بنیادین به نام اسپین که می‌تواند رو به بالا یا پایین باشد دستکاری و کنترل کرد. جهت اسپین‌ها کلید اصلی ساخت رایانه کوانتومی است.

روش کار به این صورت است که یک اتم فسفر درون یک نانو ساختار سیلیکونی قرار می‌گیرد و تا دمای صفر مطلق سرد می‌شود سپس با تاباندن لیزر، اسپین یک الکترون را تغییر می‌دهد.

برای ساخت رایانه کوانتومی باید اسپین الکترون را کنترل کرد و آن را به سمت بالا یا پایین قرار داد.

تحقیقات بسیاری در مورد چگونگی کنترل اسپین انجام شده که هیچ یک به تنهایی انتظارات دانشمندان را برآورده نکرده است.

محققان استرالیایی امیدوارند بتوانند با ترکیب یافته‌های قبلی به روش مطلوب دسترسی پیدا کنند.

پس از آن نوبت یافتن روشی برای بازخوانی اطلاعات می‌رسد. محققان استرالیایی توانستند با ترکیب دو روش موجود برای خواندن اسپین یعنی روش الکتریکی و روش اپتیکی، شگفتی دانشمندان را برانگیزند؛ چراکه این دو روش به هیچ وجه با یکدیگر همخوانی ندارد.

آنها اتم‌ها را به صورت اپتیکی یونیده و سپس از روش الکتریکی برای بازخوانی اطلاعات استفاده می‌کنند.

در رایانه‌های کوانتومی جدید فقط از بیت‌های جامد شبیه ریزتراشه‌های امروزی استفاده نمی‌شود بلکه این رایانه‌ها ترکیبی از کیوبیت‌های حالت جامد و کیوبیت‌های اپتیکی را همزمان به کار می‌گیرند.

استفاده از کیوبیت‌های اپتیکی هم مانند فیبرهای نوری سرعت انجام محاسبات و انتقال اطلاعات را افزایش می‌دهد.

چشم‌انداز آینده مسیری که دانشمندان بیش از یک دهه پیش قدم در آن گذاشتند رایانه‌های کوانتومی و شبکه اینترنتی کوانتومی فوق‌سریع است.

به نظر می‌رسد از زمانی که ارسطو اعتقاد به وجود اتم را غیر قابل قبول می‌دانست تا امروز که هسته اتم را برای ثبت اطلاعات انتخاب کرده‌ایم راه دور و درازی را پیموده‌ایم.

هنوز هم دشواری های فراوانی در راه ساخت رایانه های کوانتومی وجود دارد و دانشمندان احتمال تحقق کامل این هدف را تا 10 سال آینده بسیار اندک می دانند ولی مهم این است که امروز پیشرفت‌های به دست آمده صورت سوال را از «آیا می توان چنین رایانه‌هایی ساخت یا خیر؟» به «چگونه می توان بر موانع باقیمانده غلبه کرد؟» تغییر داده است.

مسعود توکلی - جام جم