گجت نیوز آخرین اخبار تکنولوژی، علم و خودرو 
محققان دو دانشگاه کمبریج و بریستول بریتانیا برای اولین‌بار موفق به برقراری یک تماس ویدئویی کوانتومی در فاصله طولانی شدند.
بریتانیا با انجام نخستین تماس ویدئویی کوانتومی، گامی بلند در عرصه ارتباطات امن و فوق‌پیشرفته برداشت. این دستاورد مهم، با بهره‌گیری از نور درهم‌تنیده برای رمزگذاری اطلاعات، دریچه‌ای نو به سوی آینده‌ای امن‌تر و غیرقابل هک در تبادل داده‌ها می‌گشاید. شبکه کوانتوم ملی بریتانیا که این تماس ویدئویی در آن انجام شد، زیرساختی پیچیده و پیشرفته است که از دو شبکه کوانتومی شهری مجزا در اطراف شهرهای بریستول و کمبریج تشکیل شده است.
این دو شبکه، از طریق چهار پیوند فیبر نوری طولانی به یکدیگر متصل شده‌اند که مجموعاً طول آن‌ها به حدود 250 مایل (410 کیلومتر) می‌رسد. این پیوندها، بستر انتقال اطلاعات کوانتومی را فراهم می‌کنند و امکان برقراری ارتباطات امن بین این دو شهر را میسر می‌سازند.
تماس ویدئویی کوانتومی؛ آینده ارتباطات بشر
شبکه کوانتومی بریتانیا با بهره‌گیری از زیرساخت فیبر نوری استاندارد، امکان پیاده‌سازی مقرون‌به‌صرفه‌تر و گسترده‌تر فناوری «تماس ویدئویی کوانتومی» را فراهم می‌کند. نکته حائز اهمیت دیگر، استفاده از دو نوع مختلف توزیع کلید کوانتومی (QKD) در این شبکه است. QKD یک روش رمزنگاری است که از قوانین فیزیک کوانتومی برای تولید و توزیع کلیدهای رمزنگاری امن استفاده می‌کند.
استفاده از دو نوع QKD، به شبکه انعطاف‌پذیری و مقاومت بیشتری در برابر حملات سایبری احتمالی می‌بخشد، زیرا در صورت آسیب‌پذیری یک سیستم، سیستم دیگر به عنوان پشتیبان عمل می‌کند. تلاش‌های گسترده‌ای در سراسر جهان برای ساخت رایانه‌های کوانتومی در حال انجام است. این رایانه‌ها، با بهره‌گیری از اصول مکانیک کوانتومی، قادر به انجام محاسباتی هستند که برای رایانه‌های کلاسیک غیرممکن یا بسیار زمان‌بر است. با این حال، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند الگوریتم‌های رمزنگاری فعلی را به راحتی شکسته و امنیت شبکه‌های ارتباطی را به خطر اندازند یا به اصطلاح هک کنند.
به همین دلیل، نیاز به توسعه شبکه‌هایی که در برابر حملات سایبری آینده مصون باشند، بیش از پیش احساس می‌شود. بریتانیا در این مسیر تنها نیست. کشورهایی مانند چین، اسپانیا، سنگاپور و ایالات متحده نیز سرمایه‌گذاری‌های قابل توجهی در زمینه توسعه شبکه‌های کوانتومی انجام داده‌اند.
شبکه کوانتومی بریتانیا (UKQN) که بیش از یک دهه پیش تأسیس شده است، یکی از پیشگامان این حوزه است. این شبکه، با انجام آزمایش‌های مختلف، توانایی‌های خود را در زمینه ارتباطات امن کوانتومی به اثبات رسانده است. آخرین دستاورد این شبکه، انتقال موفقیت‌آمیز داده در شبکه‌ای به طول 410 کیلومتر است.
اتصال شبکه‌های کوانتومی کمبریج و بریستول با فیبر نوری
در سال 2019، محققان دانشگاه کمبریج با ارائه یک شبکه کوانتومی در مقیاس آزمایشگاهی موفق به دستیابی به نرخ تولید کلید بی‌سابقه‌ای در حدود میلیون‌ها کلید در ثانیه شدند. محققان کمبریج از تکنیک‌های پیشرفته‌ای در طراحی و ساخت اجزای اپتیکی و الکترونیکی شبکه استفاده کردند تا بتوانند به این نرخ کلید بالا دست یابند.
یک سال بعد و در سال 2020، محققان دانشگاه بریستول با ارائه شبکه‌ای که قادر به ایجاد درهم‌تنیدگی کوانتومی بین چندین کاربر بود، گامی مهم در جهت توسعه شبکه‌های کوانتومی چندطرفه برداشتند. شبکه بریستول، امکان ایجاد کانال‌های ارتباطی امن بین چندین کاربر را به طور همزمان فراهم می‌کرد و کاربردهای جدیدی را در زمینه‌هایی مانند کنفرانس‌های ویدئویی امن، محاسبات توزیع‌شده کوانتومی و شبکه‌های حسگر کوانتومی ارائه می‌داد.
- دانشمندان طی یک مسافت 44 کیلومتری با تلپورت کوانتومی را ممکن کردند
- قابلیت تماس کوانتومی به زودی اسمارت‌فون‌های ما را ایمن‌تر خواهد کرد
محققان بریستول از تکنیک‌های پیشرفته‌ای در تولید و توزیع حالت‌های درهم‌تنیده استفاده کردند تا بتوانند یک شبکه کوانتومی چندکاربره پایدار و قابل اعتماد ایجاد کنند. شبکه کوانتومی بریتانیا با هدف یکپارچه‌سازی دستاوردهای دانشگاه‌های کمبریج و بریستول و ایجاد یک زیرساخت ملی قدرتمند، این دو شبکه کوانتومی کلان‌شهری را به یکدیگر متصل کرده است.
این اتصال، از طریق چهار پیوند فیبر نوری طولانی به طول 410 کیلومتر (تقریباً 250 مایل) انجام شده است. این کابل‌های فیبر نوری، با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته، امکان انتقال سیگنال‌های کوانتومی در فواصل طولانی با کمترین میزان اتلاف را فراهم می‌کنند. شبکه کوانتومی بریتانیا از یک معماری پیشرفته بهره می‌برد که شامل سه گره میانی و سوئیچ‌های نوری کم‌تلفات است. این دو مکانیزم وظیفه تقویت و بازتولید سیگنال‌های کوانتومی را بر عهده دارند و امکان پیکربندی مجدد شبکه و مسیریابی سیگنال‌های کوانتومی و کلاسیک را فراهم می‌کنند.
یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد شبکه کوانتومی بریتانیا، یکپارچه‌سازی قابلیت‌های مختلف در یک زیرساخت واحد است. این یکپارچه‌سازی، امکان ارائه خدمات امن و متنوع را فراهم می‌کند و شبکه کوانتومی بریتانیا را به یک زیرساخت بی‌نظیر در سطح جهان تبدیل می‌کند.
امنیت غیرقابل هک شبکه‌های کوانتومی بریتانیا
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های امنیتی شبکه‌های کوانتومی، توزیع کلید کوانتومی (QKD) است که روشی نوین برای تبادل کلیدهای رمزنگاری است و از اصول مکانیک کوانتومی برای تضمین امنیت کلیدها استفاده می‌کند. در این روش، اطلاعات به صورت ذرات نور کدگذاری شده و از طریق کانال کوانتومی ارسال می‌شوند. هرگونه تلاش برای شنود یا دستکاری این فوتون‌ها، باعث ایجاد اختلال در حالت کوانتومی آن‌ها می‌شود و گیرنده را از وجود حمله آگاه می‌کند.
شبکه‌ای که توسط محققان دانشگاه‌های کمبریج و بریستول توسعه یافته، از دو نوع توزیع کلید کوانتومی بهره می‌برد. روش نخست، کلیدهای رمزگذاری را به صورت اطلاعات کوانتومی در ذرات نور پنهان می‌کند. از آنجایی که هرگونه تلاش برای اندازه‌گیری یا کپی‌برداری از حالت کوانتومی فوتون‌ها باعث تغییر حالت آن‌ها می‌شود، شنود این کلیدها عملاً غیرممکن است و امنیت بی‌نظیری را برای ارتباطات فراهم می‌کند.
روش دوم، از درهم‌تنیدگی کوانتومی بهره می‌برد که در آن دو یا چند ذره به گونه‌ای به هم مرتبط می‌شوند که وضعیت کوانتومی آن‌ها به یکدیگر وابسته می‌شود، حتی اگر در فواصل بسیار دور از هم قرار داشته باشند. در شبکه‌های کوانتومی، از درهم‌تنیدگی برای ایجاد ارتباط بین ذرات کوانتومی استفاده می‌شود.
انتقال امن داده‌های پزشکی و دسترسی از راه دور به مراکز داده
محققان دانشگاه‌های کمبریج و بریستول برای اثبات کارایی و امنیت شبکه کوانتومی خود، یک تماس ویدئویی زنده برقرار کردند و داده‌های پزشکی رمزگذاری‌شده را از طریق این شبکه منتقل کردند. علاوه بر این، آن‌ها دسترسی از راه دور ایمن را به یک مرکز داده توزیع‌شده فراهم کردند. این آزمایش‌ها، نشان داد که شبکه‌های کوانتومی می‌توانند برای انتقال امن اطلاعات حساس در زمینه‌های مختلف، از جمله بهداشت و درمان و مدیریت داده‌ها مورد استفاده قرار گیرند.
آدریان وونفور از دپارتمان مهندسی دانشگاه کمبریج در این باره گفت: «این نقطه اوج بیش از 10 سال کار برای طراحی و ساخت شبکه کوانتومی بریتانیا است. این شبکه، نه تنها استفاده از چندین فناوری ارتباطات کوانتومی را نشان می‌دهد، بلکه سیستم‌های مدیریت کلید ایمن مورد نیاز برای امکان رمزگذاری یکپارچه انتها به انتها را نیز به نمایش می‌گذارد.»
روی وانگ، مدرس شبکه‌های نوری آینده در گروه تحقیقاتی شبکه آزمایشگاه اینترنت هوشمند در دانشگاه بریستول نیز اظهار داشت: «این گامی حیاتی در جهت ساختن آینده‌ای با امنیت کوانتومی برای جوامع و جامعه ماست. مهمتر از آن، پایه و اساس یک اینترنت کوانتومی در مقیاس بزرگ را ایجاد می‌کند و گره‌ها و دستگاه‌های کوانتومی را از طریق درهم‌تنیدگی و انتقال از راه دور در مقیاس جهانی به هم متصل می‌کند.»
این محققان، دستاوردهای خود را در کنفرانس ارتباطات فیبر نوری 2025 (OFC) در سانفرانسیسکو ارائه کردند.
