تکثیر امن اطلاعات کوانتومی با استفاده از رمزگذاری یک‌بارمصرف

عنوان خبر: تکثیر امن اطلاعات کوانتومی با استفاده از رمزگذاری یک‌بارمصرف
ژانر/موضوع: اطلاعات کوانتومی، مکانیک کوانتومی

تاریخ انتشار خبر:8 ژانویه 2026
لینک خبر: The Quantum Insider

چکیده:
پژوهشگران دانشگاه واترلو روش جدیدی ارائه داده‌اند که امکان تکثیر امن اطلاعات کوانتومی را بدون نقض قضیهٔ عدم‌کپی‌پذیری فراهم می‌کند. در این روش، به‌جای کپی‌برداری مستقیم از کیوبیت‌ها، اطلاعات کوانتومی با استفاده از کلیدهای رمزگذاری کوانتومی یک‌بارمصرف رمزگذاری می‌شود. این کار اجازه می‌دهد چندین نسخهٔ رمزگذاری‌شده از یک حالت کوانتومی به‌طور هم‌زمان وجود داشته باشد، در حالی که تضمین می‌کند تنها یک نسخه می‌تواند رمزگشایی شود، زیرا کلید رمزگشایی پس از یک بار استفاده به‌طور خودکار منقضی می‌شود. این رویکرد، ضمن حفظ اصول بنیادی مکانیک کوانتومی، امکان پیاده‌سازی قابلیت‌های عملی‌ای را فراهم می‌کند که محاسبات کلاسیک به آن‌ها متکی است؛ از جمله ذخیره‌سازی افزونگی (redundancy)، بک‌آپ گیری امن و دسترسی توزیع‌شده. از نظر مفهومی، این روش مشابه تقسیم یک گذرواژه میان چند طرف است: هیچ نسخهٔ رمزگذاری‌شده‌ای به‌تنهایی اطلاعات مفیدی آشکار نمی‌کند، اما یک رمزگشایی معتبر می‌تواند حالت اولیه را بازسازی کرده و هم‌زمان کلید را بی‌اعتبار سازد. این پژوهش، مسیری واقع‌بینانه به‌سوی توسعهٔ زیرساخت‌های ابری کوانتومی ارائه می‌دهد و امکان خدماتی مشابه پلتفرم‌های ذخیره‌سازی ابری—مانند «گوگل‌درایو کوانتومی»—را برای رایانه‌های کوانتومی آینده فراهم می‌سازد. نتایج به‌ویژه برای محاسبات ابری کوانتومی امن، مقاومت به خطا و پردازش کوانتومی توزیع‌شده اهمیت دارند؛ حوزه‌هایی که در آن‌ها افزونگی داده نقشی اساسی ایفا می‌کند.

شرح کامل خبر:

پژوهشگران دانشگاه واترلو به دستاوردی مهم در حوزهٔ علم اطلاعات کوانتومی دست یافته‌اند که یکی از بنیادی‌ترین چالش‌های این حوزه را هدف قرار می‌دهد: قضیهٔ عدم‌کپی‌پذیری (No-Cloning Theorem)، که کپی‌برداری مستقیم از حالت‌های کوانتومی ناشناخته را ناممکن می‌سازد. این محدودیت سال‌ها مانعی جدی بر سر راه کاربردهای عملی محاسبات کوانتومی بوده است، به‌ویژه برای قابلیت‌هایی که در سامانه‌های کلاسیک کاملاً بدیهی‌اند، مانند پشتیبان‌گیری (backup) از داده‌ها، ایجاد افزونگی ((redundancy)) و ذخیره‌سازی ابری.

اطلاعات کوانتومی در قالب کیوبیت‌ها ذخیره می‌شود. برخلاف بیت‌های کلاسیک، کیوبیت‌ها می‌توانند در حالت برهم‌نهی قرار گیرند و با یکدیگر درهم‌تنیده شوند. در این حالت، اطلاعات نه در یک کیوبیت منفرد، بلکه به‌طور توزیع‌شده در کل سامانهٔ چندکیوبیتی ذخیره می‌شود. این ویژگی به سامانه‌های کوانتومی اجازه می‌دهد اطلاعات را در فضایی با رشد نمایی نگهداری کنند؛ برای مثال، ۱۰۰ کیوبیت می‌توانند اطلاعاتی را در $2^{100}$ پیکربندی هم‌بسته به‌صورت هم‌زمان به اشتراک بگذارند—ظرفیتی که فراتر از توان ذخیره‌سازی تمام رایانه‌های کلاسیک امروزی است. با این حال، همین ویژگی که منشأ قدرت محاسبات کوانتومی است، باعث می‌شود اطلاعات کوانتومی ذاتاً شکننده و غیرقابل‌کپی باشد.

گروه پژوهشی واترلو به سرپرستی دکتر Achim Kempf و با مشارکت دکتر Koji Yamaguchi، راهکاری نوآورانه ارائه کرده‌اند که بدون نقض اصول مکانیک کوانتومی، این محدودیت را دور می‌زند. ایدهٔ اصلی آن‌ها مبتنی بر رمزگذاری اطلاعات کوانتومی هم‌زمان با فرآیند کپی‌سازی و استفاده از کلیدهای رمزگشایی یک‌بارمصرف است. با این روش، می‌توان چندین نسخهٔ رمزگذاری‌شده از یک حالت کوانتومی ایجاد و آن‌ها را بر روی سرورهای مختلف ذخیره کرد. اما به محض آن‌که یکی از این نسخه‌ها رمزگشایی شود، کلید مربوطه به‌طور خودکار منقضی می‌شود و سایر نسخه‌ها برای همیشه غیرقابل‌بازیابی خواهند بود. در نتیجه، هیچ‌گاه بیش از یک نسخهٔ قابل‌استفاده از اطلاعات کوانتومی وجود نخواهد داشت و قضیهٔ عدم‌کپی‌پذیری همچنان معتبر باقی می‌ماند.

برای توضیح شهودی این مفهوم، دکتر Kempf این روش را به تقسیم یک گذرواژه میان چند نفر تشبیه می‌کند: هیچ‌کس به‌تنهایی به اطلاعات کامل دسترسی ندارد، اما تنها با ترکیب اجزای مجاز می‌توان به دادهٔ اصلی دست یافت. به‌طور مشابه، نسخه‌های رمزگذاری‌شدهٔ کیوبیت‌ها به‌تنهایی هیچ اطلاعات معناداری افشا نمی‌کنند، در حالی که رمزگشایی کنترل‌شده امکان بازسازی یگانه و معتبر حالت کوانتومی اولیه را فراهم می‌سازد. هرچند کلید رمزگشایی تنها یک‌بار قابل استفاده است، همین ویژگی برای کاربردهایی مانند پشتیبان‌گیری (بک آپ گیری) امن و ایجاد افزونگی داده‌ها کاملاً کافی است، زیرا هدف اصلی در این کاربردها تحمل خطا و بازیابی امن اطلاعات است، نه استفادهٔ هم‌زمان از چند نسخه.

این نتایج که در Physical Review Letters منتشر شده‌اند، شواهد نظری و عملی محکمی برای امکان‌پذیری زیرساخت‌های ابری کوانتومی فراهم می‌کنند؛ زیرساخت‌هایی که می‌توانند خدماتی مشابه سامانه‌های ابری کلاسیک—از جمله ذخیره‌سازی رمزگذاری‌شده، محاسبات کوانتومی توزیع‌شده و بازیابی امن داده‌ها—را ارائه دهند. این پژوهش نشان می‌دهد که تحقق محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ، افزون بر پیشرفت‌های سخت‌افزاری، به توسعهٔ ابزارهای پیشرفتهٔ نظریهٔ اطلاعات برای مدیریت امن داده‌های کوانتومی نیز نیازمند است.

در مجموع، این دستاورد نشان می‌دهد که چگونه می‌توان با تلفیق مفاهیم رمزنگاری و اصول بنیادین مکانیک کوانتومی، محدودیت‌های ظاهری فیزیک را پشت سر گذاشت و گامی مهم به‌سوی پیاده‌سازی عملی خدمات ابری کوانتومی و معماری‌های مقیاس‌پذیر محاسبات کوانتومی برداشت.

منابع:

[1] https://thequantuminsider.com/2026/01/08/qubits-can-be-cloned-scientists-discover-first-method-to-safely-back-up-quantum-information/

[2] https://thequantuminsider.com/2026/01/08/how-scientists-backed-up-qubits-without-being-copied/

[3] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/y4y1-1ll6

دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.