انقلاب ارتباطات با صنعت هسته‌ای؛ افزایش سرعت، امنیت و ظرفیت انتقال داده‌ها/ اطلاعاتی که روی فوتون‌ها سوار می‌شوند/ سازمان انرژی اتمی؛ بهترین مجموعه برای فعالیت‌های کوانتومی

گروه سیاسی - وحید عظیم‌نیا؛ ارتباط (communication) فراگردی بین فرستنده و گیرنده است که هدف آن انتقال معناست و میزان موفقیت انتقال معنا به رابط بین فرستنده و گیرنده یا همان رسانه بستگی دارد. هرچند رسانه‌ به خودی خود نه سرچشمه درد و نه آغاز درمان است اما ابزاری بس مهم در حوزه ارتباطات است که روز به روز شکل آن پیچیده می‌شود.

 

برخلاف غوغاسالاری دشمنان قسم‌خورده خارجی و پادوهای داخلی آنها، صنعت هسته‌ای نه تنها نیاز ضروری کشور بوده بلکه نبود آن خسارتی جبران‌ناپذیر است. با توجه به اینکه سازمان انرژی اتمی از متخصصان توانمند در حوزه‌های مختلف بهره‌مند است علوم جدیدی همچون کوانتوم را وارد حوزه ارتباطات کرده است.

چندی پیش علی‌اکبر صالحی رئیس سازمان انرژی اتمی از نقش ویژه کوانتوم و فوتون‌ها در حوزه ارتباطات به دلیل امنیت و سرعت بالای آن سخن راند. پیرو اظهارات صالحی با یکی از کارشناسان سازمان انرژی اتمی درباره نقش صنعت هسته‌ای در حوزه ارتباطات با تمرکز بر حوزه کوانتوم و حوزه به گفت‌وگو نشستیم.

 

میزان: برای ورود به بحث ابتدا درباره حوزه کوانتوم توضیح جامع و ساده بفرمایید.
کارشناس: علم کوانتوم به مطالعه پدیده‌ها و ویژگی‌های سیستم‌های اتمی و زیر اتمی می‌پردازد. با استفاده از نظریه کوانتومی می‌توان خواص اتم‌ها، مولکول‌ها و مواد را به‌طور دقیق محاسبه کرد. پیشرفت‌های عظیم در علم شیمی، فیزیک، پزشکی، ارتباطات و ... مرهون توسعه ابزار‌هایی است که پس از پیدایش این علم و در ارتباط با آن ساخته شده است.

 

میزان: مثلا؟
کارشناس: به‌عنوان نمونه در فیزیک نظری، مکانیک کوانتومی به توصیف ساختار الکترونی مولکول‌ها و بررسی اندرکنش‌های مولکولی می‌پردازد. حوزه کوانتوم، پایه و اساس بسیاری از فناوری‌های نوین است. با ورود فناوری کوانتومی در حوزه‌های کاربردی مختلف، تحولی عظیم در بعد ظرفیت، حساسیت و سرعت (که عاملی تعیین‌کننده در موفقیت بسیاری از صنایع است) احساس می‌شود.

کارشناس: فناوری‌های کوانتومی، فناوری‌هایی هستند که از ویژگی‌های موجود در سطح کوانتومی (مقیاس ذرات بنیادی مانند الکترون‌ها و فوتون‌ها) استفاده می‌کنند. فناوری‌های کوانتومی در بسیاری از اکتشافات و اختراعات قرن اخیر نقشی کلیدی ایفا می‌کند از جمله حوزه‌های کاربردی فناوری کوانتومی می‌توان به حوزه ارتباطات، حسگر‌ها و زیست‌شناسی کوانتومی اشاره کرد.

 

میزان: چه فناوری‌هایی نسل اولی و چه فناوری‌هایی نسل دومی هستند؟
کارشناس: می‌توان به محصولاتی همچون لیزرها، ساعت‌های اتمی، موقعیت‌یابی‌های ماهواره‌ای و به‌صورت خاص در زمینه الکترونیک، به رایانه‌ها و ارتباطات اینترنتی و تلفن همراه اشاره کرد. این فناوری‌ها به اولین نسل فناوری کوانتومی موسوم است. نسل دوم فناوری‌های کوانتومی از پدیده‌های کوانتومی همچون برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی سرچشمه می‌گیرد، که کاربرد‌های متحول‌کننده‌ای را از محصولات زودبازده گرفته تا فناوری‌های جدیدی که برای توسعه و تحقیق بیش از چند دهه نیازمندند؛ در بر می‌گیرد. پدیده در هم‌تنیدگی کوانتومی، ارتباط و برهم‌کنش سیستم‌هایی که دور از یکدیگر قرار دارند را امکان‌پذیر می‌سازد.

 

میزان: درباه محصولات نهایی فناوری‌های کوانتومی نسل دوم به چه مواردی می‌توان اشاره کرد؟
میزان: از جمله محصولات نهایی حاصل از نسل دوم فناوری‌های کوانتومی می‌توان به رایانه‌های کوانتومی اشاره کرد، که می‌تواند در مدت چند دقیقه به حل مسائلی بپردازند که توسط ابررایانه‌های کنونی قابل انجام نیستند. یک پردازنده کوانتومی قادر است برای به‌دست آوردن نتایج همزمان جایگشت یک عدد بزرگ، از پدیده برهم‌نهی کوانتومی بهره گیرد. حوزه کوانتوم، پتانسیل بسیار عظیمی در حل مسائل دشوار امروزی مانند شبیه‌سازی، پاسخ بدن به داروها، پیش‌بینی الگو‌های آب و هوایی یا آنالیز داده‌های پایگاه‌های اطلاعاتی بزرگ، ارتباطات امن و ... دارد.

میزان: فوتون‌ها چه نقشی در حوزه کوانتوم دارند؟
کارشناس: فوتون در واقع کوانتوم تابش الکترومغناطیسی است، نور از بسته‌های انرژی به نام فوتون تشکیل شده است. مبحث کوانتوم نور به اواخر قرن نوزدهم میلادی برمی‌گردد یعنی زمانی که پلانک به منظور توصیف فیزیکی طیف تابش جسم سیاه از مفهوم فوتون بهره برد. پس از آن اینشتین با به‌کارگیری مفهوم فوتون موفق به کشف پدیده فوتوالکتریک شد. به دنبال آن بور، دریافت که اتم‌ها نیز مقادیر گسسته‌ای از انرژی را جذب یا گسیل می‌کنند و علم اپتیک کوانتومی که به عنوان یکی از مهم‌ترین علوم کوانتومی محسوب می‌شود و یه برهم کنش میان نور و ماده می‌پردازد شکل گرفت.

میزان: فوتون‌ها در کجا و چه کاربردی دارند؟
کارشناس: فوتون‌ها در تمام شاخه‌های فناوری کوانتومی مانند محاسبات کوانتومی، اطلاعات کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی، فرابرد و بیولوژی کوانتومی نقش کلیدی ایفا می‌کنند. درهم‌تنیدگی کوانتومی بین فوتون‌ها و همچنین ذرات، به‌عنوان قلب فناوری کوانتومی شناخته می‌شود و یک فناوری ضروری برای کاوش و توسعه تکنولوژی‌هایی است که براساس نسل جدید فیزیک کوانتوم بنا شده‌اند.

میزان: یکی از کاربردهای فوتون‌ها در عرصه ارتباطات هست؛ درباره چگونگی این مهم بفرمایید
کارشناس: در ارتباطات کوانتومی، اطلاعاتی که باید مخابره شود روی فوتون‌ها سوار می‌شود و سپس در فضای آزاد و یا فیبر نوری با ضریب اتلاف اطلاعات پایین، انتقال می‌یابد. در مخابرات کوانتومی از فوتون‌های درهم تنیده بهره گرفته می‌شود که منجر به افزایش سرعت، امنیت و ظرفیت انتقال داده‌ها می‌شود. در مخابرات کلاسیکی ما با اتلاف اطلاعات و همچنین عدم امنیت در ارتباطات مواجه می‌شویم، اما در مخابرات کوانتومی می‌توان با استفاده از فوتون‌ها در پدیده فرابرد کوانتومی، اتلاف اطلاعات و امنیت ارتباطات را بهینه‌سازی نماییم. در انتقال اطلاعات کوانتومی، به جای بیت‌ها از کیوبیت‌ها استفاده می‌شود. کیوبیت واحد پایه پردازش کوانتومی و رمزنگاری کوانتومی است.

میزان: با عنایت به این توضیحات، حوزه ارتباطات و اطلاع‌رسانی با پیشرفت دانش هسته‌ای با تمرکز بر حوزه کوانتوم چه آینده‌ای خواهد داشت؟
کارشناس: اینکه برای توجیه فعالیت‌های سازمان در توسعه فناوری کوانتومی، صرفا به دنبال ارتباط فناوری کوانتوم و دانش هسته‌ای کشور باشیم، اشتباه است. سازمان انرژی اتمی اگرچه بر فعالیت‌های هسته‌ای (تولید انرژی و کاربرد‌های دیگر شکافت و گداخت) متمرکز است، ولی ماموریت‌های دیگری در حوزه اتمی (مانند لیزر) و ذرات بنیادی برای این مجموعه قابل تعریف است. از طرفی از آنجایی که مجموعه سازمان انرژی اتمی بسیاری از متخصصان در زمینه‌های تحصیلی مختلف (علوم و مهندسی) را در اختیار دارد، بهترین مجموعه برای شروع فعالیت‌های علمی در زمینه فناوری کوانتومی در کشور است.

کارشناس: از اولویت‌های فناوری کوانتومی، توسعه ارتباطات امن کوانتومی است که نه تنها در زمینه دانش هسته‌ای بلکه در تمای زمینه‌ها می‌تواند حافظ اسرار ملی و اطلاعات طبقه‌بندی شده باشد که البته با توجه به حساسیت‌های موجود در حوزه دانش هسته‌ای، سرمایه‌گذاری در این خصوص باید از اولویت‌های سازمان انرژی اتمی باشد.

میزان: وضعیت فعلی جمهوری اسلامی ایران چگونه است؟
کارشناس: در بررسی وضعیت کنونی کشور ایران در حوزه فناوری‌های کوانتومی می‌توان گفت مطالعات و تلاش‌های پراکنده‌ای در این زمینه در دانشگاه‌های کشور، عمدتاً‌در قالب پایان‌نامه‌های دانشجویی و مقالات تئوری، انجام شده است که با توجه به عوامل زیر، مقایسه کشورمان با مراکز پیشرفته دنیا در زمینه فناوری کوانتومی کاری ناموفق به نظر می‌رسد.
- نوظهور بودن این فناوری در جهان و به‌خصوص در کشور
- یکپارچه نبودن پژوهش‌ها در این حوزه
- عدم دسترسی به اطلاعات و داده‌های معتبر
- عدم وجود انجمن‌های تخصصی در حوزه فناوری‌های کوانتومی
- عدم تخصیص بودجه جداگانه به پژوهش‌ها در حوزه فناوری‌های کوانتومی
علی‌رغم وجود شکاف بزرگ درزمینه تحقیق و توسعه فناوری‌های کوانتومی میان کشورمان با سایر کشور‌های پیشرفته، جهت دست یافتن به موقعیت برتر در منطقه و شکل‌گیری یک قطب علمی در جهان اسلام یک برنامه‌ریزی متفکرانه و سرمایه‌گذاری ملی، امری بسیار ضروری به‌نظر می‌رسد.

میزان: اروپا چه وضعیتی دارد؟
کارشناس: سرمایه‌گذاری مستمر توسط کشور‌های عضو و کمیسیون اروپا در بیش از دو دهه گذشته، اروپا را در یک موقعیت توانمند قرار داده است. در ۱۵ سال گذشته کمیسیون اروپا ۳۵۰ میلیون یورو در فناوری‌های کوانتومی و علوم اطلاعات کوانتومی هزینه کرده است. کسب دستاورد‌هایی مانند جایزه نوبل و برتری در تعداد مقالات و کیفیت آن‌ها علی‌رغم پایین بودن تعداد ثبت اختراعات، باعث شده تا بر روی تجاری‌سازی و توسعه کاربرد‌های فناوری‌های کوانتومی تلاش شود.به منظور شتاب بخشیدن به توسعه فناوری‌های کوانتومی و تولید محصولات تجاری برای بازار‌های عمومی و خصوصی، یک برنامه بلندمدت، مرکب از آموزش، علم، مهندسی و نوآوری در سراسر اروپا برای شکوفایی کامل ظرفیت‌های فناوری‌های کوانتومی در نظر گرفته شده است. این برنامه فراگیر اروپا، تیم‌های تحقیقاتی و بازیگران صنعت مربوطه را در قالب یک نقشه راه با مجموعه اهداف مشترک، در نظر می‌گیرد. به نحوی که پژوهش‌های فناوری کوانتومی بلندمدت با سرمایه‌گذاری‌های مکمل در برنامه‌های کوتاه‌مدت، هماهنگی و تعادل داشته باشد.

میزان: ایران چه فعالیتی در این حوزه شروع کرده است؟
کارشناس: در این راستا سازمان انرژی اتمی جمهوری اسلامی ایران با استفاده از متخصصان داخلی و ایجاد زیرساخت‌های لازم به منظوررفع نیاز‌های کشور و توسعه علوم جدید، اقدام به راه‌اندازی مرکز ملی فناوری‌های کوانتومی ایران کرده است.