குவண்டம்(Quantum): Part 01

 

"குவாண்டம்" என்பது பௌதிகவியலில் ஒரு அடிப்படைக் கருத்தாகும். இலத்தீன் மொழியில் "குவாண்டம்" என்றால் "எவ்வளவு" அல்லது "ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு" என்பது பொருள். இது பௌதிகவியலில் ஆற்றல், உந்தம் அல்லது பிற பௌதிகவியல் அளவுகளின் சிறிய, பிரிக்க முடியாத துண்டு/தொகுதி ஆகும்.

 

குவாண்டம் கோட்பாடு(Quantum theory)

ஆற்றல் என்பது தனித்தனி பொட்டலங்கள் (quanta) ஆகவே உள்ளது. உதாரணமாக ஒளி என்பது ஃபோட்டான்கள் எனப்படும் சிறிய ஆற்றல் பொட்டலங்களால் ஆனது.

 

குவாண்டம் பௌதிகவிய;பௌதிகவியலின் முக்கிய கருத்துகள்:

1.   அலை-துகள் இரட்டைத்தன்மை (Wave-Particle Duality) – இலத்திரன்கள் போன்ற நுண்ணிய துகள்கள் சில வேளைகளில் துகள் போலவும், சில வேளைகளில் அலை போலவும் நடந்துகொள்ளும்.

2.      மேற்பொருந்துகை (Superposition) – ஒரு குவாண்டம் துகள் ஒரே நேரத்தில் பல நிலைகளில் இருக்க முடியும். நாம் அதைக் கவனிக்கும்போது மட்டுமே அது ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையில் இருப்பது போன்று தோன்றும்.

3.      பின்னல் (Entanglement) – இரண்டு துகள்கள் இணைக்கப்பட்டால், அவை எவ்வளவு தூரத்தில் இருந்தாலும் ஒன்றின் நிலை மற்றொன்றை உடனடியாகப் பாதிக்கும்.

 

நிச்சயமற்ற தன்மைக் கோட்பாடு (Uncertainty Principle): ஒரு துகளின் இடத்தையும் அதன் வேகத்தையும் ஒரே நேரத்தில் மிகத் துல்லியமாகக் கணக்கிட முடியாது என ஹெய்சன்பெர்க் விளக்கினார்.

 

பௌதிகவியல் என்பது இயற்கையில் நடைபெறும் நிகழ்வுகளைப் புரிந்து கொள்ள உதவும் ஒரு முக்கியமான அறிவியல் துறை ஆகும். இதன் கீழ் இரண்டு முக்கிய பிரிவுகள் உள்ளன: பாரம்பரிய பௌதிகவியல் (Classical Physics) மற்றும் குவாண்டம் பௌதிகவியல் (Quantum Physics). இவ்விரண்டிற்கும் இடையிலான வேறுபாட்டை எளிதாக புரிந்து கொள்ள “படிக்கட்டு” என்ற உதாரணம் மிகவும் பயனுள்ளதாகும்.

 

பாரம்பரிய பௌதிகவியலின்படி, ஒரு மனிதன் ஒரு சரிவான மேடையில் நடப்பதாகக் கருதலாம். அவர் எந்த உயரத்திலும் நிற்க முடியும். அதாவது, உயரம் தொடர்ச்சியான (continuous) தன்மையுடையது. உதாரணமாக, 1 மீட்டர், 1.25 மீட்டர், 1.333 மீட்டர் போன்ற எண்ணற்ற மதிப்புகளில் ஒருவர் நிற்க முடியும். இதனால், பாரம்பரிய பௌதிகவியல் உலகில் அளவுகள் அனைத்தும் தொடர்ச்சியாக மாறக்கூடியவை என்பதைக் காட்டுகிறது.

 

ஆனால், குவாண்டம் பௌதிகவியல் முற்றிலும் வேறுபட்ட கருத்தை முன்வைக்கிறது. இதில், ஒருவர் ஒரு படிக்கட்டில் ஏறுவதாகக் கருதப்படுகிறது. அந்த நிலையில், அவர் படிகளில் மட்டுமே நிற்க முடியும்; இரண்டு படிகளுக்கிடையில் உள்ள இடத்தில் நிற்க முடியாது. இதன் பொருள், உயரம் தனித்தனி நிலைகளாக (discrete levels) மட்டுமே இருக்கும். ஒவ்வொரு படியும் ஒரு “குவாண்டம்” எனக் கருதப்படுகிறது.

 

இந்தக் கருத்து அணுவியல் உலகில் மிகவும் முக்கியமானதாகும். ஒரு அணுவில் உள்ள இலத்திரன்கள் (electrons) எந்தவொரு எரிசக்தி நிலைகளிலும் இருக்க முடியாது. அவை குறிப்பிட்ட சில சக்தி நிலைகளில் மட்டுமே இருக்க முடியும். எலக்ட்ரான் ஒரு நிலைமாற்றம் செய்யும்போது, அது ஒரு சக்தி நிலையில் இருந்து  மற்றொரு சக்தி நிலைக்கு திடீரென பாய்கிறது (jump). இந்த மாற்றம் நடுவில் இல்லாமல், ஒரே நேரத்தில் நிகழ்கிறது.

 

மேலும், இலத்திரன்கள் மேல்நிலைக்கு செல்லும்போது அது சக்தியை  உட்கொள்கிறது (absorption), மற்றும் கீழ்நிலைக்கு திரும்பும்போது சக்தியை ஒளியாக வெளியிடுகிறது (emission). இந்த சக்தி மாற்றங்களின் காரணமாகவே பல்வேறு நிறங்களைக் கொண்ட ஒளிகள் உருவாகின்றன. உதாரணமாக, LED விளக்குகள் மற்றும் sodium vapor lamps போன்றவை இந்தக் குவாண்டம் மாற்றங்களின் அடிப்படையில் செயல்படுகின்றன.

 

இதனால், குவாண்டம் பௌதிகவியலின் முக்கியக் கருத்து என்னவெனில், இயற்கையில் உள்ள சில அளவுகள் தொடர்ச்சியாக இல்லாமல், தனித்தனி “குவாண்டம்” நிலைகளாக மட்டுமே இருக்கும் என்பதாகும். இதுவே பாரம்பரிய பௌதிகவியலிலிருந்து குவாண்டம் பௌதிகவியலை வேறுபடுத்தும் முக்கிய அம்சமாகும்.

குவாண்டம் தொழில்நுட்பத்தின் பயன்பாடுகள்

 

குவாண்டம் பௌதிகவியல் அடிப்படையில் உருவாகியுள்ள குவாண்டம் தொழில்நுட்பம் (Quantum Technology) இன்று அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியில் முக்கிய இடத்தைப் பெற்றுள்ளது. மிகச் சிறிய அளவிலான (atomic மற்றும் subatomic) துகள்களின் நடத்தையைப் பயன்படுத்தி, பாரம்பரிய முறைகளை விட அதிக திறன் மற்றும் பாதுகாப்புடன் செயல்படும் புதிய தொழில்நுட்பங்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன.

 

முதலாவதாக, குவாண்டம் கணினிகள் (Quantum Computers) மிகப் பெரிய மாற்றத்தை ஏற்படுத்துகின்றன. பாரம்பரிய கணினிகள் “bits” (0 அல்லது 1) பயன்படுத்தும் நிலையில், குவாண்டம் கணினிகள் “qubits” பயன்படுத்துகின்றன. இவை ஒரே நேரத்தில் பல நிலைகளில் இருக்க முடியும் (superposition). இதனால், மிகவும் சிக்கலான கணக்கீடுகள் மிகக் குறைந்த நேரத்தில் செய்யப்படுகின்றன. மருந்து கண்டுபிடிப்பு, வானிலை கணிப்பு, மற்றும் மீதரவுகள் (Big Data) பகுப்பாய்வு போன்ற துறைகளில் இது பயன்படுகிறது.

 

இரண்டாவதாக, குவாண்டம் தொடர்பாடல் (Quantum Communication) மிகவும் பாதுகாப்பான தகவல் பரிமாற்றத்தை வழங்குகிறது. குறிப்பாக, குவாண்டம் திறவுகோல் பரவல் (Quantum Key Distribution-QKD) என்ற முறைமையின் மூலம் தகவல்கள் முற்றிலும் பாதுகாப்பாக பரிமாறப்படுகின்றன. இதில் யாராவது தகவலை திருட முயற்சித்தால், அது உடனடியாக கண்டறியப்படும். இதனால், வங்கிகள், இராணுவம், மற்றும் அரசாங்க அமைப்புகளில் இது மிகவும் பயனுள்ளதாக உள்ளது.

 

மூன்றாவதாக, குவாண்டம் குறியீட்டு முறைகள் (Quantum Cryptography) தகவல் பாதுகாப்பில் புரட்சியை ஏற்படுத்துகின்றன. தற்போதைய குறியாக்க முறைகள் எதிர்காலத்தில் உடைக்கப்படக்கூடியதாக இருக்கலாம். ஆனால், குவாண்டம் அடிப்படையிலான குறியாக்கம் மிகவும் பாதுகாப்பானதாக கருதப்படுகிறது.

 

நான்காவதாக, குவாண்டம் உணரிகள் (Quantum Sensors) மிகுந்த துல்லியத்துடன் அளவீடுகளை வழங்குகின்றன. இவை ஈர்ப்பு விசை, காந்த புலம், மற்றும் நேர அளவீடு போன்றவற்றை மிகச்சரியாக அளக்கின்றன. மருத்துவத் துறையில் MRI வருடிகள், நில அதிர்வு ஆய்வுகள் (earthquake detection), மற்றும் எண்ணெய் மற்றும் கனிம வளங்கள் கண்டறிதல் போன்ற துறைகளில் இவை பயன்படுகின்றன.

 

ஐந்தாவதாக, குவாண்டம் பொருட்கள் மற்றும் புதிய தொழில்நுட்பங்கள் (Quantum Materials) உருவாக்கப்படுகின்றன. இவை சிறந்த மின்சார கடத்தல் (superconductivity) மற்றும் புதிய வகை மின்னணு சாதனங்கள் உருவாக்க உதவுகின்றன.

 

க்யூபிட் (Qubit) தொழில்நுட்பம்

 

குவாண்டம் பௌதிகவியல் அடிப்படையில் செயல்படும் குவாண்டம் கணினிகளின் முக்கிய கூறாக “க்யூபிட்” (Qubit) தொழில்நுட்பம் கருதப்படுகிறது. பாரம்பரிய கணினிகளில் “பிட்” (bit) என்பது 0 அல்லது 1 என்ற இரண்டு நிலைகளில் ஒன்றில் மட்டுமே இருக்கும். ஆனால், க்யூபிட் என்பது அதைவிட மேம்பட்டது; இது ஒரே நேரத்தில் 0 மற்றும் 1 ஆகிய இரு நிலைகளிலும் இருக்கக்கூடியது. இந்த தன்மை மேற்பொருந்துகை(superposition) எனப்படுகிறது.

 

க்யூபிட் தொழில்நுட்பத்தின் மற்றொரு முக்கிய அம்சம் பின்னல் (entanglement) ஆகும். இதில், இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட க்யூபிட்கள் ஒன்றுக்கொன்று இணைக்கப்பட்டிருக்கும். ஒரு க்யூபிட் நிலை மாற்றம் அடைந்தால், அதனுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ள மற்ற க்யூபிட்களும் உடனடியாக பாதிக்கப்படும். இதனால், தகவல் பரிமாற்றம் மற்றும் கணக்கீடுகள் மிக வேகமாக நடைபெறுகின்றன.

 

மேலும், க்யூபிட் நிலை (quantum state) எனப்படும் ஒரு சிறப்பு நிலையாகும். இது சாத்திய தன்மை (probability) அடிப்படையில் விவரிக்கப்படுகிறது. அதாவது, ஒரு க்யூபிட் 0 அல்லது 1 ஆக இருக்கக்கூடிய சாத்தியங்களின் கலவையாக இருக்கும். அளவீடு (measurement) செய்யும் போது மட்டுமே அது 0 அல்லது 1 ஆக உறுதியாக மாறுகிறது.

 

க்யூபிட்களை உருவாக்க பல்வேறு தொழில்நுட்பங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவற்றில் சில:

மின்சார எதிர்ப்பு இல்லாத பொருட்கள் (Superconducting qubits)

மின்காந்தப் புலத்தில் பிடித்துள்ள அயன்கள்(Trapped ion qubits)

ஒளி துகள்கள்(Photonic qubits)

 

இத்தகைய க்யூபிட் தொழில்நுட்பங்கள் மிகுந்த துல்லியத்துடன் கட்டுப்படுத்தப்பட வேண்டும். வெளிப்புற சூழல் (noise) காரணமாக க்யூபிட்கள் எளிதில் பாதிக்கப்படலாம். இது“decoherence” என அழைக்கப்படுகிறது. இதுவே குவாண்டம் கணினி வளர்ச்சியில் உள்ள முக்கிய சவாலாகும்.

 

தொடரும்............

Information Security(Part 01): CIA Triad

 

இன்றுமுதல் தகவல் மற்றும் சைபர்பாதுகாப்பு தொடர்பான ஓர் கட்டுரையை தொடராக வெளியிட உத்தேசித்துள்ளேன். எப்பொழுதும் போல் இத்தொடருக்கும் உங்களுடையை முழுமையான ஆதரவினை வழங்குமாறு தயவுடன் கேட்டுக்கொள்கிறேன்.  இத்தொடர் முழுமையடையும் பொழுது நீங்கள் CISSP பரீட்சைக்கு தோற்றுவதற்கு தயார் செய்யப்பட்டிருப்பீர்கள். அதன் பின்னர் உரிய பயிற்சி வினாக்களை  செய்து நிங்கள் பரீட்சைக்கு தொற்றலாம். இத்தொடர் தொடர்பான உங்களுடைய விமர்சனங்களை எதிர்பார்கின்றேன்.

பகுதி 01

 

தகவல் பாதுகாப்பு என்பது ஆங்கிலத்தில் Information Security அல்லது InfoSec என பொதுவாக அழைக்கப்படுகின்றது. தகவல் பாதுகாப்பு என்பது முக்கியமான தகவல்களை அங்கீகரிக்கப்படாத அணுகல், பயன்பாடு, வெளிப்படுத்தல், இடையூறு, மாற்றம் அல்லது அழிவு போன்றவற்றிலிருந்து பாதுகாக்கும் நடவடிக்கை ஆகும்., இங்கு பாதுகாப்பு நடவடிக்கை என்பது இரகசியத்தன்மை, ஒருமைப்பாடு, கிடைக்கும் தன்மை, அங்கீகாரம், அனுமதி, நிராகரிக்காமை மற்றும் பொறுப்புக்கூறல் போன்றவற்றை உறுதி செய்தல் ஆகும்.

 

CIA முக்கூடு(CIA Triad)

இது பாதுகாப்பு ஏற்பாடுகளில் உள்ள பாதிப்புகளைக் கண்டறிந்து குறைப்பதற்குப் பயன்படுகிறது. மேலும் தகவல் பாதுகாப்பு என்ற எண்ணக்கருவை பற்றி சிந்திக்கும்போது இரகசியத்தன்மை, ஒருமைப்பாடு மற்றும் கிடைக்கும் தன்மை ஆகிய முக்கியமான மூன்று விடையங்களை அறிவுறுத்துகின்றது. அவை  முக்கியமான மூன்று தூண்கள் (Three Important Pilers) அல்லது முக்கியமான மூன்று கொள்கைகள் (Three Important Principles) என்று அழைக்கப்படுகின்றன.

 

உதாரணமாக “I LOVE YOU” என்ற வார்த்தையை A என்பவரிடம் இருந்து B என்பவரினூடாக C என்பவருக்கு அனுப்பப்படுகின்றது என்று வைத்துக்கொள்வோம். இங்கு இரகசியத்தன்மை என்பது அத்தகவல் என்ன என்பதனை B என்பவர் அறிந்துகொள்ளகூடாது.  அதாவது குறியீட்டு முறையில் அனுப்பப்படலாம். “I LOVE YOU” என்ற வார்த்தைக்கு பதிலாக 856 என்ற இலக்கத்தை B என்பவரினூடாக அனுப்பலாம். இங்கு இரகசியத்தன்மை உறுதிசெய்யப்படுகிறது. அடுத்து ஒருமைப்பாடு என்றால் B இனால் குறித்த தகவலை அறிந்துகொள்ள முடியாவிட்டாலும் அதில் மாற்றத்தினை ஏற்படுத்த முடியும். அதாவது B என்பவர் அதனை 865 என குறிப்பிட முடியும். இதனால் C என்பவர் தவறான தகவலை பெற்றுக்கொள்ள வாய்ப்புள்ளது. இதனை தவிர்ப்பதே ஒருமைப்பாடு ஆகும்.

இங்கு ஏற்கனவே A என்பவர் C என்பவருக்கு தன்னுடைய தகவலை பின்வரும் படிமுறை ஊடாக பெற்றுகொள்ள அறிவுறுத்தியுள்ளார் என வைத்துக்கொள்வோம். அதாவது “தகவல் கிடைக்கப்பெற்றவுடன் அதிலுள்ள ஒவ்வொரு இலக்கத்தையும் 9 இல் இருந்து கழித்தல் வேண்டும். பின்னர் மூன்று இலக்கங்களாக வகைப்படுத்தி முதல் இலக்கத்தை இரண்டாவது இலக்கத்தில் இருந்து கழிக்கும்பொழுது முன்றாவது இலக்கம் வந்தால் ஒருமைப்பாடு உறுதிசெய்யப்படுகின்றது.” இந்த படிமுறை B என்பவருக்கு தெரியாமல் இருத்தல் வேண்டும்.

அடுத்து குறித்த தகவலை பார்வையிடுவதற்கு கடவுச்சொல் ஒன்று பயன்படுத்தப்படுகிறது. அந்த கடவுச்சொல்லை  C னை D என்றொருவர் நேரில் சந்திக்கும்போது வழங்குவார். என்று வைத்துக்கொள்வோம். இது ஒரு சிறந்த பாதுகாப்பு ஏனெனில் B ஆலோ அல்லது D ஆலோ குறித்த தகவலை பார்வையிட முடியாது. ஆனால் இங்கு கிடைகும்தன்மை பாதிக்கப்படுகின்றது. ஆதாவது C என்பவர் D என்பவரை சந்தித்த பின்னரே A இனுடைய தகவலை அறிந்துகொள்ள முடியும்.

 

ஒரு தகவல் பாதுகாப்பினை பற்றிச் சிந்திக்கும்போது  மேற்குறிப்பிட்ட முன்று விடையங்களையும் கருத்தில் கொள்ளவேண்டும். அதாவது ஒரு தகவலின் இரகசியத்தன்மையையும் ஒருமைப்பாட்டினையும் முன்னிறுத்தி சிந்தித்தால் அத்தகவல் விரும்பிய நேரத்தில் விரும்பிய இடத்தில் விரும்பிய வடிவத்தில் கிடைக்காமல் போக அதிகம் வாய்ப்புள்ளது. அதேநேரம் ஒரு தகவலை இலகுவாக பெறக்கூடிய நிலை காணப்படின் அதன் இரகசியத்தன்மை கேள்விக்குறியாகின்றது.

 

இரகசியத்தன்மை (Confidentially):

தனிப்பட்ட தனியுரிமை தகவல்களை அந்தரங்கமாக வைத்துக்கொள்வதில் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றது. அதாவது அனுமதியற்ற அணுகலை தடுக்கும்.. இது பயனர்களை வகைப்படுத்தி, தகவல்களை உருவாக்குதல், வாசித்தல், மாற்றம் செய்தல், அல்லது  அழித்தல் போன்ற  அவர்களுக்கான உரிமைகளை வரையறுக்க உதவும்.

அதாவது அங்கிகரிக்கப்படாத அணுகலை தடுத்தல்

உதாரணமாக KFC இனுடைய சூத்திரத்தினை மிகவும் நம்பிகைக்குரியவர்கள் மற்றும் அறிந்து கொள்ள முடியும். அவர்கள் தான் அதனை உருவாக்குவார்கள். ஆனால் உலகெங்குமுள்ள கிளைகள் அதனை பயன்படுத்த்டுகின்றார்கள்.

ஒருமைப்பாடு (Integrity)

தகவல்/தரவு சேமிக்கப்பட்டிருத்தல், பயன்படுத்தப்படல், பரிமாற்றம் செய்தல் போன்ற நடவடிக்கைகளின்  பொழுது அங்கிகரிக்கப்படாத மாற்றங்களுக்கு உட்படுதலை தடுப்பதற்கு உதவும்.

அதாவது  துல்லியம்(Accuracy), நிலைத்தன்மை(Consistency), முழுமை(Completeness) மற்றும் நம்பகத்தன்மை (Reliability) போன்றவற்றை  உறுதிசெய்கிறது.

உதாரணமாக வங்கியுடனான நிகழ்நிலை பணப்பரிமாற்றத்தின் பொழுது தொகையில் அங்கிகரிக்கப்படாத  மாற்றம் ஏற்படாமையினை  உறுதிசெய்தல் வேண்டும்.

 

கிடைக்கும்தன்மை(Availability):

ஒரு தகவலை விரும்பிய நேரத்தில் விரும்பிய இடத்தில் விரும்பிய வடிவத்தில் கிடைபதற்கு உதவும்.

 

உதாரணமாக விமானம் ஒன்று தரையிறங்குவதற்கான அனுமதியை விமான நிலைய அதிகாரிகளிடம் கோரும் பொழுது தொடர்பு துண்டிகப்பட்டால் விளைவு என்ன என்பதனை சிந்தியுக்கள். கிடைக்கும்தன்மையின் முக்கியத்துவம் விளங்கும்.

 

இந்த மூன்றில் ஒன்றேனும் மீறப்படும் பொழுது தகவல் பாதுகாப்பு கேள்விக்குறியாகின்றது.

 

நவீன தொழில்நுட்பத்தால் ஏற்படும் சவால்களை எதிர்கொள்ள CIA முக்கூட்டு அமைப்பு போதுமானதாக இருக்காது என்று சில தொழில் வல்லுநர்கள் நம்புகின்றனர். மேலும் சில முன்னேற்பாடுகள் தேவை என குறிப்பிடுகின்றனர். அதற்கு அவர்கள் சைபர் தாக்குதல்களுக்கு எதிராக முன்கூட்டியே செயல்படக் கூடிய வகையில் CIA முக்கூட்டின் நீட்சி அல்லது AAA (உச்சரிப்பு :Triple A.-ரிபிள் எ) மாதிரியை முன்மொழிகின்

 

AAA மாதிரி

 

தொடரும்