اینک ایران کوانتومی

خراسان/ يران به تازگي در شمار 10 کشور صاحب فناوري نوين «کوانتومي» قرار گرفته است، معاون سازمان انرژي اتمي و رئيس پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌اي در گفت وگو با خراسان از کاربردها، مزايا و چشم انداز اين دانش مي گويد

به خود مي‌باليم که ايران عزيز در چهل و دومين بهار عمر انقلاب، قله‌اي ديگر از قله‌هاي علم و فناوري جهان را فتح کرده و نامش در جمع حدود 10 کشور فعال در عرصه فناوري‌هاي کوانتومي قرار گرفته است. ششم بهمن‌ماه بود که سومين مرحله آزمايش توزيع کليد کوانتومي مبتني بر درهم‌تنيدگي فوتون‌ها، با موفقيت در کشور انجام شد تا ايران اسلامي يک گام ديگر به بهره‌مندي از اين دانش نوين جهاني نزديک‌تر شود. آن‌طور که دکتر «علي‌اکبر صالحي»، رئيس سازمان انرژي اتمي ايران، در مراسم رونمايي از اين دستاورد اعلام کرد، اين دانش در حوزه‌هاي مختلفي همچون مخابرات، دفاعي، ارتباطات بانکي، پزشکي، کامپيوتر، تصويربرداري، هوش مصنوعي، حسگرها، ساعت اتمي، رادار، بيولوژي و زيست‌شناسي کاربرد دارد. هم‌اکنون کشورهاي معدودي از جمله اتريش، آمريکا، چين، روسيه، هند، انگليس و کانادا در اين حوزه فعال هستند و اما ايران اولين کشور در غرب آسياست که تلاش مي‌کند از اين رقابت علمي جهاني عقب نماند. دکتر صالحي از راه‌اندازي رشته دانشگاهي فناوري کوانتوم با همکاري چند دانشگاه تراز اول کشور هم خبر داده و گفته است: براي تجاري‌سازي اين فناوري نيز قراردادهايي بين سازمان انرژي اتمي با وزارت دفاع، معاونت علمي و فناوري رياست‌جمهوري و وزارت ارتباطات منعقد خواهد شد.
براي اين‌که با اين دانش جديد و البته پيچيده بيشتر آشنا شويم، با دکتر «جواد کريمي‌ثابت» معاون سازمان انرژي اتمي و رئيس پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌اي ارتباط برقرار کرديم؛ فردي که علاوه بر اين جايگاه سازماني، به عنوان مشاور و دستيار ويژه رئيس سازمان انرژي اتمي در ايجاد و توسعه فناوري‌هاي کوانتومي نيز ايفاي مسئوليت مي‌کند. آن‌چه در ادامه مي‌خوانيد، مشروح پاسخ‌هاي اختصاصي دکتر کريمي‌ثابت به سوالات خراسان است:
لطفا در ابتداي گفت‌وگو «انتقال داده با فناوري کوانتومي» را به زبان ساده و قابل درک براي عموم مخاطبان تعريف کنيد.
فناوري‌هاي کوانتومي، در کنار هوش‌مصنوعي و يادگيري‌ماشيني، يکي از مهم‌ترين فناوري‌هاي قرن 21 است که در حال ايجاد انقلاب شگرفي در علم و فناوري است. فناوري‌هاي کوانتومي در حقيقت به فناوري‌هاي حاصل از پديده‌ها و قوانين فيزيک کوانتومي، مانند برهم‌نهي و درهم‌تنيدگي کوانتومي، اطلاق مي‌شود. برهم‌نهي کوانتومي و درهم‌تنيدگي کوانتومي دو ويژگي مهم در فناوري‌هاي کوانتومي به شمار مي‌آيند که تاثير به‌سزايي در دستيابي به حوزه‌هاي انتقال اطلاعات کوانتومي تا زمينه‌هاي تازه‌تر مانند بيولوژي کوانتومي و ترموديناميک مقياس نانو، داشته است.

---

بازار

---

رمزنگاري داده‌ها به منظور مخابره امن اطلاعات
نکته مهم در انتقال اطلاعات، رمزنگاري است. در رمزنگاري، ابتدا بايد پيام به صورت الگوريتم خاصي کدگذاري و پس از آن براي رمزگشايي آن از کليد استفاده شود که اين کليد بايد به‌طور امن محافظت شود. لذا هدف از رمزنگاري، ساختن طرح‌ها يا پروتکل‌هايي است که به افراد امکان بدهد با وجود دشمن و روي يک کانال ناامن، با حفظ حريم خصوصي، داده‌هايشان را به صورت امن با هم مخابره کنند. از روش‌هاي کلاسيک متعددي براي اين منظور استفاده مي شود که امنيت اين روش‌ها مستلزم استفاده از الگوريتم‌هاي رياضي پيچيده و زمان‌بر است؛ با اين حال، با پيشرفت‌هايي که حاصل شده و خواهد شد، حتي پيچيده‌ترين الگوريتم‌هاي رمزنگاري هم در کسري از ثانيه رمزگشايي مي‌شود!

انتقال امن اطلاعات با استفاده از فناوري اطلاعات کوانتومي
راهکار جلوگيري از اين اتفاق، نظريه اطلاعات کوانتومي و رمزنگاري کوانتومي است که سبب مي‌شود يک کليد مشترک ميان دونفر وجود داشته باشد، بدون آن‌که نفر سوم اطلاعي از آن به دست آورد. اساس اين کار استفاده از درهم‌تنيدگي کوانتومي است. به دليل درهم‌تنيدگي کوانتومي، هرگونه استراق‌سمع توسط شخص ثالث، به سادگي و با سرعت قابل شناسايي است زيرا به محض اين‌که شخص ثالثي اقدام به استراق‌سمع کند، درهم‌تنيدگي ميان حالت فوتون‌هاي گيرنده و فرستنده از بين رفته و به سرعت توسط گيرنده و فرستنده قابل تشخيص ‌است. نکته ديگر اين‌که با داشتن اين دانش و بهره‌مندي از کامپيوترهاي کوانتومي حتي اطلاعات رمزشده بايگاني‌شده در صورتي که در اختيار دشمنان قرار بگيرد هم به سادگي قابل رمزگشايي نخواهد بود.

همت جهادي محققان جوان داخلي
با توجه به اهميت و جايگاه اين فناوري، محققان کشور ما نيز براي دستيابي به آن تلاش بسياري داشته‌اند و اين تلاش‌ها دستاوردهايي نيز داشته است. مرکز فناوري‌هاي کوانتومي ايران به عنوان اولين متولي و پيشرو، فعاليت خود را از سال 97 آغاز و هم‌اکنون برخي آزمايشگاه‌هاي مربوطه را تجهيز کرده است. اخيرا با تلاش و همت جهادي و شبانه‌روزي محققان جوان مرکز فناوري‌هاي کوانتومي ايران که همگي از دانش‌آموختگان برتر دانشگاه‌هاي داخل کشور هستند، آزمايش توزيع کليد کوانتومي در 3 فاز آزمايشگاه، ميان دو ساختمان به مسافت 300 متر و همچنين ميان ساختمان مرکز فناوري‌هاي کوانتومي ايران تا تراز 300 متري برج ميلاد به مسافت 1650 متر محقق شد.

پيش به سوي ارسال ماهواره‌هاي کوانتومي
اين دستاورد به عنوان بخشي از زيرساخت موردنياز و گامي به سوي «ماهواره کوانتومي»، «رادار/ ليدار کوانتومي(فاصله‌سنجي کوانتومي)» و «شبکه‌هاي کوانتومي» تلقي مي‌شود. بدون‌ترديد با وجود اين فناوري و حمايت سازمان‌هاي مربوط و تشکيل کنسرسيومي از کاربرهاي مختلف مي‌توان از اين تکنولوژي نوظهور در حوزه‌هاي مختلف در کشور بهره‌برداري کرد. حتي با دانش به‌دست‌آمده، ارسال ماهواره‌ کوانتومي به فضا امکان‌پذير مي‌شود که در اين صورت انتقال داده به صورت امن تا مسافت حدود 2هزار کيلومتر در دسترس است.
 
کاربرد اين فناوري به‌طور مشخص چه خواهد بود؟
با آن که به نظر مي رسد معناي واقعي فيزيک کوانتومي هنوز مورد بحث است، اما کاربردهاي بي‌شمار آن بسيار مشخص تر از معناي آن است و کاربردش در زندگي امروزي به طرز چشمگيري رو به افزايش است. براي مثال تمام لوازم الکترونيکي موجود در رايانه‌ها، تلفن‌ها، تلويزيون‌ها و تبلت ها و حتي دستگاه‌هاي تصويربرداري پزشکي با اصول مکانيک کوانتومي کار مي‏کنند. اکنون نيز شاهد ورود مکانيک کوانتومي در بسياري از حوزه‌هاي علوم و فناوري هستيم. جهان در آستانه انقلابي علمي در حوزه فناوري‌هاي کوانتومي و ظهور عصر جديدي است که همانند انقلاب فناوري‌هاي ديجيتال و ظهور عصر اطلاعات، تحول بزرگي را در زندگي بشر ايجاد خواهد کرد.

افزايش سرعت محاسبات، حسگرهاي مغناطيسي و ساعت‌هاي اتمي
يکي از مهم‌ترين مزاياي فناوري هاي کوانتومي، افزايش قابل‌توجه سرعت محاسبات است؛ مثلا يک کامپيوتر کوانتومي قادر خواهد بود، محاسباتي را که براي يک کامپيوتر معمولي هزاران سال به طول مي‌انجامد، تنها در چند ثانيه انجام دهد. کاربرد مهم ديگر اين فناوري، امنيت بسيار بالا در انتقال اطلاعات و کاهش احتمال هک‌شدن سيستم‌ها خواهد بود. از جمله ديگر کاربردهاي فناوري کوانتومي مي‌توان به ساخت حسگرهاي مغناطيسي و گرانشي با دقت بسيار بالا، ساعت‌هاي اتمي دقيق، رديابي شيء و همچنين کاربردهاي آن در علم ژنتيک و علم مواد اشاره کرد.

فناوري هاي کوانتومي در آينده نزديک
در مجموع بايد گفت پديده‌اي که به عنوان انقلاب کوانتومي معرفي مي‌شود، آينده را در حوزه سلامت، انرژي، امنيت و ارتباطات از طريق توسعه فناوري در زمينه‌هاي حسگرهاي کوانتومي، رايانه‌هاي کوانتومي، ارتباطات و رمزنگاري کوانتومي، شبيه‌سازي کوانتومي، تصويربرداري کوانتومي، اندازه‌شناسي کوانتومي و توليد مواد پيشرفته به شدت دگرگون مي‌کند.
 
هم‌اکنون اين فناوري در سطح جهان در چه وضعيتي قرار دارد و ما در چه مرحله‌اي هستيم؟
کشورهاي پيشرفته در اين زمينه سرمايه‌گذاري بسياري انجام داده‌اند؛ به عنوان مثال، در سال‌هاي اخير کشور چين با صرف هزينه هنگفتي، مدعي ساخت ماهواره کوانتومي شده و به دنبال آن، طي همکاري با کشورهاي اروپايي پروژه‌ مشترکي تعريف کرده تا با استفاده از اين ماهواره بين آسيا و اروپا ارتباط کوانتومي برقرار کند. اتحاديه اروپا، کانادا، چين، آمريکا وسنگاپور از جمله کشورهايي هستند که طي دو دهه اخير در اين حوزه سرمايه‌گذاري کرده‌اند.

سرمايه گذاري هاي انجام شده در زمينه فناوري هاي کوانتومي
به‌طور خلاصه حجم سرمايه‌گذاري‌هاي انجام‌شده در دنيا ميلياردها دلار براي بازه‌هاي زماني 5 تا 10 ساله براي افق 2020 يا  2030 بوده است و شرکت‌هاي مطرحي مانند گوگل، IBM و Alibaba نيز سرمايه‌گذاري قابل توجهي در اين حوزه داشته‌اند. بنابراين، با توجه به تلاش‌هاي 2 دهه‌ اخير که منجر به ساخت اولين کامپيوترهاي کوانتومي توسط شرکت‌هاي گوگل، آي‌بي‌ام، اينتل و علي‌بابا شده، پرداختن به موضوع فناوري‌هاي کوانتومي در کشور ضروري است. به همين دليل هم‌اکنون در ايران نيز سرمايه‌گذاري‌ها در اين زمينه از حدود يک ميليون دلار آغاز شده است.

دستاورد ايران؛ اولين تجربه در منطقه
حالا براي اولين‌بار در منطقه، آزمايش درهم‌تنيدگي کوانتومي، در مرکز ملي علوم و فنون ليزر ايران انجام شده و تکنولوژي مربوط به توليد اين حالت‌ها در کشور بومي‌سازي شده است. پس از تأسيس مرکز فناوري‌هاي کوانتومي ايران، اين آزمايش در اين مرکز نيز مجدداً انجام و بهينه‌سازي شد و از آن در مشخصه‌يابي حالات کوانتومي و همچنين برپايي آزمايشي ساده در حوزه‌ حسگري کوانتومي (آزمايش شناسايي محلول‌هاي مختلف DNA ماهيچه دست انسان و خرگوش در غلظت‌هاي مختلف از طريق عبورسنجي کوانتومي با دقتي 10 برابر بيش از روش‌هاي مرسوم کلاسيکي) و غيره استفاده شده است که براي اولين‌بار در کشور بوده است.

ساير فعاليت ها در مرکز فناوري هاي کوانتومي
در مرکز فناوري هاي کوانتومي، پروژه هاي کاربردي متعددي تعريف شده است. اين فناوري شامل 4 حوزه اصلي، شامل «مترولوژي و حسگري کوانتومي»، «مخابرات کوانتومي»، «شبيه‌سازي آنالوگ و ديجيتال کوانتومي»، «رايانش و محاسبات کوانتومي» است که اکنون پروژه‌هاي مختلفي در هر يک از اين حوزه ها در دست پيگيري است؛ از جمله: تصويربرداري کوانتومي، رمزنگاري کوانتومي در فضاي آزاد و در بستر فيبر، اندازه‌گيري کوانتومي کميت‌هاي مختلف فيزيکي، ساعت اتمي، مغناطيس‌سنجي کوانتومي، نقشه‌ کوانتومي مغز، ژيروسکوپ و مسيرياب کوانتومي.
 
فناوري‌هاي کوانتومي چه مزاياي مهمي براي کشور خواهد داشت؟
دستيابي به اين فناوري باعث مي شود کشورمان در بين چند کشور داراي اين فناوري قرار بگيرد. با توجه به کاربردهاي شگفت‌انگيز اين فناوري، بهره مندي از آن موجب افزايش امنيت داده‌ها، دستيابي به سرعت محاسبات بالا، بهبود دقت دستگاه‌هاي اندازه‌گيري و سنسورها، يا تصوير برداري‌هاي پزشکي و در امان بودن از خطر هک‌شدن رمزها توسط کامپيوتر کوانتومي، بهبود امنيت رمزبانک‌ها و... خواهد شد.

ارتقاي امنيت ملي و دانش بومي
اين فناوري به دليل آن‌که از يک‌سو داراي کاربردهاي ويژه اي است و از سوي ديگر، فناوري نوظهور و داراي تخصص بالايي است، توسط کشورهاي پيشرفته در اختيار کشورهاي ديگر قرار نمي گيرد يا با قيمت بسيار گزافي فروخته مي شود و موجب ايجاد وابستگي خواهد شد. بنابراين دستيابي به اين فناوري باعث عدم‌نياز به ساير کشورها براي تامين فناوري موردنياز کشور خواهد شد و مزايايي مانند ارتقاي امنيت اطلاعات ملي، ارتقاي دانش فني بومي، افزايش توان اقتصادي و توليدات پيشرفته، تربيت نيروي انساني ماهر و اشتغال را به همراه دارد.
 
با توجه به پيشتازي ايران در منطقه در حوزه فناوري کوانتومي، آيا مزاياي صادرات فناوري هم براي ما ايجاد خواهد شد؟
فناوري يکي از مهم‌ترين عوامل توسعه اقتصادي و صنعتي کشورهاست، به ‌خصوص فناوري‌هاي ‌برتر که در رشد و ترقي صنعت هر کشوري بسيار موثر هستند و همچنين، صادرات و انتقال اين نوع فناوري‌ها  باعث ايجاد ارزش ‌افزوده بالا مي‌‌شود. علاوه بر آن، حاصل و نتيجه اين انتقال فناوري روي ديگر بخش‌هاي اقتصادي هم تاثير‌گذار است و باعث افزايش ‌بهره‌وري و شکوفايي آن‌ها خواهد شد. بنابراين، با پيشتازي ايران در حوزه فناوري‌هاي کوانتومي و صادرات آن، مي‌توان از مزاياي انتقال فناوري استفاده کرد.

چشم‌انداز ايجاد بازار منطقه‌اي براي کشور
هم‌اکنون بخشي از تجهيزات اين فناوري در کشور ما وارداتي است اما سعي کرده‌ايم در قالب پروژه‌هاي مختلف، بومي‌سازي و ساخت آن‌ها را دنبال کنيم. مطمئنا در صورتي که سرعت حرکت‌مان را بيشتر کنيم، مي‌توانيم با توليد و بومي‌سازي تجهيزات مورد استفاده در فناوري‌ کوانتومي، بازار قابل توجهي در منطقه براي خودمان ايجاد کنيم تا بعد از ارتقا و برندسازي، بتوان بازارهاي بزرگ‌تر در کشورهاي ديگر را نيز تصاحب کرد که محقق شدن اين هدف در صورت برنامه‌ريزي و مديريت درست به همراه سرمايه‌گذاري هوشمندانه چندان هم دور از ذهن نيست.

آورده‌هاي اقتصادي براي کشور
اين فناوري از نظر انتقال تکنولوژي و فروش دستگاه‌هاي تجاري مرتبط و همچنين رسيدن به خودکفايي و حذف وابستگي به ديگر کشورها براي خريد تجهيزات موردنياز، در زمينه اقتصادي هم بسيار تاثيرگذار خواهد بود. علاوه بر آن، سرريز تکنولوژي حاصل از فناوري‌هاي کوانتومي در ديگر بخش‌ها همچون ميکروالکترونيک، اپتيک و غيره نيز منجر به تأثيرات اقتصادي مثبت خواهد شد.
 
چقدر تا خودکفايي در اين فناوري زمان نياز داريم و برنامه ريزي ها براي دستيابي به اين مهم چه بوده است؟
ما تازه اول راه هستيم و گام‌هاي نخستين را برداشته‌ايم در حالي‌که دنيا دو دهه از ما جلوتر است، بنابراين بايد با تلاش و شبکه‌سازي اين فاصله را کم کنيم. مبحث خودکفايي در اين حوزه به شکل جدي در حال پيگيري است و همکاري‌هايي با دانشگاه تهران و دانشگاه صنعتي شريف نيز ايجاد شده است. در همين راستا، با هدف توسعه علوم و فنون جديد در حوزه کوانتومي، موسسه پژوهشي فناوري‌هاي کوانتومي دانشگاه‌هاي تهران و صنعتي شريف تأسيس شده تا ضمن همکاري با دانشگاه‌ها و استفاده از تجارب و پشتيباني‌هاي علمي و فناورانه پژوهشگران داخلي و بين‌المللي، در توسعه و ارتقاي علوم و فناوري‌هاي کوانتومي کشور گام‌هاي ديگري برداشته شود. همچنين، با همکاري برخي شرکت‌هاي دانش‌بنيان و پروژه‌هاي دانشجويي در دانشگاه‌هاي تهران، صنعتي شريف، تحصيلات تکميلي زنجان، اميرکبير، شهيدبهشتي و برخي ديگر از دانشگاه‌ها، سعي مي‌شود بحث خودکفايي به طور جدي دنبال شود.

تلاش براي خودکفايي کامل
هم‌اکنون برخي از نيازهاي اين فناوري نيز در کشور بومي‌سازي شده و نياز به خريد از خارج از کشور  نداريم اما عدم وابستگي به تجهيزات اصلي نيازمند همکاري ديگر بخش‌ها و شبکه‌سازي در کشور است که در دست بررسي و همکاري است. علاوه بر اين، با توجه به اين‌که دانشگاه اصفهان به عنوان قطب اصلي اپتيک کوانتومي در ايران شناخته مي‌شود و اقدام به سامان‌دهي «خوشه فناوري کوانتومي در اصفهان» کرده است، اميدواريم با توسعه همکاري‌ها بين مرکز فناوري‌هاي کوانتومي و ساير موسسه‌هاي پژوهشي دانشگاهي بتوانيم سرعت رشد اين فناوري در ايران را افزايش دهيم. البته قطعا همکاري شرکت‌هاي دانش‌بنيان و ديگر وزارت‌خانه‌ها، سازمان‌ها و دانشگاه‌ها در اين مسير به رشد کيفيت و کميت اين حوزه کمک خواهد کرد.

به پيج اينستاگرامي «آخرين خبر» بپيونديد
instagram.com/akharinkhabar