ورود ایران به مسابقه بزرگ جهانی برای دستیابی به «رادار کوانتومی»/ شناسایی آسان جنگنده‌های پنهانکار با کمک ذرات نور +عکس

رییس سازمان انرژی اتمی کشورمان روز دوشنبه 6 بهمن ماه، خبر مهمی را در خصوص تست موفق انتقال اطلاعات بر پایه فناوری کوانتومی اعلام کرد. بر اساس این اطلاعات، این آزمایش، سومین تست از نوع خود در کشور بوده و بین برج میلاد و سازمان انرژی اتمی انجام و در جریان آن، انتقال اطلاعات بر پایه کوانتومی انجام شده است. این آزمایش انتقال امن کوانتومی فوتون‌ها، تاکنون در ۳ فاز آزمایشگاهی در فاصله ۲ متری، مابین دو ساختمان به مسافت ۳۰۰ متر و اخیرا بین ساختمان مرکز فناوری‌های کوانتومی ایران تا تراز ۳۰۰ متری برج میلاد به مسافت ۱۶۵۰ متر انجام‌ شده است.

بر اساس آنچه بیان شده، این دستاوردها به ‌عنوان بخشی از زیرساخت مورد نیاز و گامی به‌سوی ماهواره کوانتومی، رادار/لیدارکوانتومی و شبکه‌های کوانتومی تلقی می‌ شود. فعالیت‌ های عملیاتی مرکز فناوری‌های کوانتومی ایران، از سال ۱۳۹۷ در ۴ حوزه اصلی فناوری‌ های کوانتومی یعنی مترولوژی و حسگری کوانتومی، مخابرات کوانتومی، شبیه‌سازی آنالوگ و دیجیتال کوانتومی و نیز رایانش و محاسبات کوانتومی تعریف ‌شده و در حال اجرا است که می‌توان به رادار کوانتومی و تصویربرداری کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی در فضای آزاد و در بستر فیبر نوری، اندازه‌گیری کوانتومی کمیت‌های مختلف فیزیکی، ساعت اتمی، مغناطیس سنجی کوانتومی، نقشه کوانتومی مغز، ژیروسکوپ و مسیریاب کوانتومی اشاره کرد.

دو بحث در بخش ارتباطات و امواج کوانتومی، در حوزه نظامی اهمیت بالا و فوق العاده ای دارد که یکی بحث راداری و دیگری ارتباطات امن است که در این گزارش به مبحث راداری خواهیم پرداخت. اما پیش از هر بحثی بهتر است کمی با مسائل پایه ای در حوزه فیزیک کوانتوم آشنا شویم. اصطلاح کُوانتوم در فیزیک به کمترین مقدار ممکن از یک کمیت، مقدار پایه یا یک کوانتم آن کمیت می‌گویند.

بر اساس این تعریف زمانی که از یک ظرفیت یا کمیت کوانتومی صحبت به میان می آید یعنی از یک جسم با اندازه بسیار کوچک صحبت می شود. مکانیک کوانتومی شاخه ‌ای بنیادی از فیزیک نظری است که با پدیده‌های فیزیکی در مقیاس میکروسکوپی سر و کار دارد. بنیادی‌ ترین تفاوت مکانیک کوانتومی با مکانیک کلاسیک در این است که مکانیک کوانتومی توصیفی سازگار با آزمایش‌ها از ذرات در اندازه‌های اتمی و زیر اتمی در اختیار می‌دهد، در حالی که مکانیک کلاسیک در قلمرو میکروسکوپی به نتایج نادرست می‌انجامد. در حقیقت، مکانیک کوانتومی بنیادی ‌تر از مکانیک نیوتونی و الکترومغناطیس کلاسیک است؛ زیرا در مقیاس‌های اتمی و زیراتمی که این نظریه‌ها با شکست مواجه می‌شوند، با دقت زیادی بسیاری از پدیده‌ ها را توصیف می ‌کند. مکانیک کوانتومی به همراه نسبیت پایه‌های فیزیک نوین را تشکیل می‌دهند.

مکانیک کوانتومی یا نظریهٔ کوانتومی شامل نظریه‌ ای درباره ماده و تابش الکترومغناطیسی و بر همکنش میان ماده و این تابش است. با داستان این تعاریف کلی به سراغ بحث رادارهای کوانتومی می رویم.

وقتی ذرات نور جایگزین امواج رادیویی می شوند

اگر بخواهیم در خصوص رادار صحبت کنیم به صورت خیلی کلی باید رادار را یک وسیله پخش امواج رادیویی در فرکانس های مختلف تعریف کنیم که بعد از برخورد این امواج به اجسام مختلف و بازگشت آنها ، گیرنده ها آن ها را دریافت و شیء مورد نظر را کشف می کنند. حالا در نظریه و بحث رادارهای کوانتومی خبری از امواج رادیویی نیست و به جای آنها از فوتون ها بهره گرفته می شود.فوتون در حقیقت یک کوانتوم یا به‌عبارتی کم‌ترین مقدار قابل اندازه‌گیری در میدان امواج الکترومغناطیسی است. فوتون ها در عین حال بخش پایه ای تشکیل دهنده بحث نور هستند. بحث نحوه عملکرد رادار کوانتومی بر اساس نظریه درهم تنیدگی کوانتومی استوار است. این نظریه به زبان ساده می گوید که وقتی ذراتی مثل فوتون از یکدیگر جدا شوند، هر گونه تغییر در یکی از ذرات جدا شده قابل مشاهده روی ذره دیگر است.

نمایه ساده و کلی از نحوه عملکرد رادار کوانتومی

بر همین اساس در بحث رادار کوانتومی از یک صفحه کریستالی بهره گرفته می شود که توسط این صفحه، به دو ذره تبدیل می شود. فرض کنید که یک ذره A و دیگری B نامیده می شود. ذره A به وسیله امواج مایکروویو در فضا آزاد می شود و ذره B در سیستم راداری مورد نظر باقی می ماند. برخورد ذره A با اجسام در هوا باعث می شود که این ذرات انعکاس داشته باشند. با دریافت این انعکاس، ذره B فعال شده و تصویری از آن چه که ذره A با آن برخورد داشته را مشخص می کند.

 کاربر رادار با مشاهده تغییرات در ذره B می تواند به شکل جسمی که ذره A با آن برخورد کرده ، سرعت آن و سمت حرکتی آن دست پیدا کند. بر اساس آنچه در این زمینه تحقیق و اعلام شده ذرات فوتون بدون توجه به شکل و یا جنس هدف مورد نظر عمل کرده و به همین دلیل است اعلام می شود در صورت عملیاتی شدن این گونه از رادارها بحث پرنده های رادار گریز تقریبا بی اثر خواهد شد. در عین حال انرژی و اثر خروجی این رادارها نیز بسیار پایین بوده و احتمال کشف آن ها توسط دشمن را نیز بسیار ضعیف می کند. همچنین به دلیل بهره بردن از ذرات فوتون، سرعت ارسال و انتقال داده ها در این سامانه ها بسیار بالاتر از رادارهای معمولی است.

رادارهای کوانتومی در چه وضعی هستند؟

چند سالی است که بحث ها در خصوص توسعه این رادارها ادامه دارد. در سال ۲۰۰۸ میلادی به شرکت لاکهید مارتین آمریکا یک قرارداد برای توسعه این رادارها اعطاء شد که البته از آن زمان تا به امروز خبر خاصی در خصوص این برنامه منتشر نشده است. در یکی از آزمایش های صورت گرفته در مقیاس مینیاتوری که در سال ۲۰۱۲ در آمریکا انجام شد، مشخص شده این رادارها حداقل در وضعیت آزمایشگاهی پاسخگو بوده و به راحتی یک پرنده پنهانکار  ( در این مورد یک بمب افکن بی ۲ ) را کشف کرده اند.

تصویر مربوط به آزمایش مینیاتوری آمریکا در خصوص رادارهای کوانتومی در سال ۲۰۱۲ و کشف بمب افکن بی ۲

در سال ۲۰۱۶ میلادی، چینی ها ادعای قابل تاملی را مطرح کردند و آن هم عملیاتی کردن نسلی از رادارهای کوانتومی بود که بنا به گفته چینی ها ۱۰۰ کیلومتر برد دارد و می تواند تمامی پرنده های پنهانکار آمریکایی را نیز کشف کند. چینی ها از آن زمان تا به امروز اسناد قابل اعتنایی در خصوص این رادار ارائه نکرده اند و به همین دلیل عمده فعالان در این بخش، ادعای چینی ها را در این خصوص قابل استناد نمی دانند.

سامانه راداری کوانتومی که چین مدعی ساخت آن است

در بهار سال جاری یک آزمایش موفق در خصوص توسعه نمونه آزمایشگاهی رادار کوانتومی با همکاری اتریش ، آمریکا ، انگلستان و ایتالیا انجام شده که یک دانشمند ایرانی به نام شبیر برزنجه نیز در این تحقیق حضور موثری داشته است. نتیجه این تحقیق البته بیشتر به عنوان یک آزمایش اولیه و در مقیاس آزمایشگاهی بوده است.

شبیر برزنجه ، دانشمند ایرانی فعال در پروژه رادار کوانتومی

طبیعتا بواسطه ظهور فناوری های کوانتومی و توسعه و پیشرفت های رو به رشد آن، در آینده نه چندان دور باید شاهد انقلاب جدید تکنولوژیکی و تغییر و تحول بزرگی در حوزه های مختلف علم و فناوری باشیم که معادلات و مناسبات اقتصادی، سیاسی، نظامی، فرهنگی و اجتماعی را متحول خواهد کرد. در این میان مقوله جنگ الکترونیک بواسطه فناورانه محور بودن، بشدت تحت تاثیر این فناوری قرار خواهد گرفت و ماهیت جنگهای الکترونیک آینده نیز تغییر خواهد کرد.

در حال حاضر این فناوری در یک شروع اولیه به سر می برد و تا رسیدن به یک وضعیت عملیاتی و استفاده رزمی فاصله دارد، ولی بر اساس آنچه پیش بینی می شود در آینده این نسل از رادارها بدل به اصلی ترین نوع سیستم های کشف هدف در جهان شده و حداقل پرنده های پنهانکار با تعریف فعلی را به راحتی شناسایی خواهند کرد. در وضعیت فعلی و با اعلام فعالیت کشور ما در حوزه کوانتومی و راداری، می توان امیدوار بود که جمهوری اسلامی ایران در این حوزه در کنار ابرقدرت های جهان، پیش از بسیاری از دیگر کشورهای دنیا به بحث تولید رادارهای کوانتومی رسیده و یکی از قله های بسیار مهم و حساس فناوری دفاعی در جهان را فتح کند.