فناوری‌های کوانتومی: فناوری‌های نوظهوری که زندگی بشر را متحول می‌کنند!

مقدمه

فناوری‌های کوانتومی، به‌عنوان یکی از حوزه‌های نوظهور فناوری، توجه بسیاری از سیاست‌گذاران و همچنین شرکت‌های فناور را به خود جلب نموده و با سرمایه‌گذاری‌های چشمگیر کشورهای توسعه‌یافته و غول‌های فناوری روبرو شده است. بحث رصد فناوری‌های کوانتومی و پیش‌بینی مسیر آینده، تنها از حیث شناسایی فرصت‌ها حائز اهمیت نیست؛ سرمایه‌گذاری در حوزه‌های پیشرفته‌ای مانند فناوری کوانتومی، منابع قابل‌توجهی نیاز دارد و برای کشور درحال‌توسعه‌ای همچون ایران، هرگونه استراتژی اشتباه و عدم تشخیص دقیق مسیر صحیح، هزینه‌های غیرقابل جبرانی به بار می‌آورد. از این منظر، شناخت دقیق حوزه و الزامات و نیازمندی‌های آن، هم برای سیاست‌گذاران و هم فعالان حوزه فناوری کشور، به شدت ضروری است.

بر این مبنا و با توجه به اهمیت فناوری‌های کوانتومی به‌عنوان یکی از نوآوری‌های آینده بشریت، کاریز اقدام به برگزاری وبیناری تحت عنوان «ترند فناوری‌های کوانتومی» نمود. در وبینار چهاردهم کاریز که با حضور آقای «محمد ثامنی»، مسئول گروه فناوری‌های نوظهور و آینده‌ساز مرکز همکاری‌های تحول و پیشرفت برگزار گردید، فناوری‌های کوانتومی و تحولات ناشی از آن‌ها معرفی شد. این وبینار که در قالب کاریز افق فناوری برگزار گردید، به دنبال پاسخ به این پرسش‌ها بود ‌که فناوری‌های کوانتومی چه هستند، چه تغییری در زندگی ما ایجاد می‌کنند و از همه مهم‌تر، ما باید چه بکنیم؟

 

فناوری‌های کوانتومی: فناوری‌های نوظهوری که بشر را متحول می‌کنند!

فناوری‌های کوانتومی، مربوط به امروز نیستند. بیشتر ترانزیستورها و قطعات الکترونیکی و آنچه انقلاب الکترونیک را به دنبال داشت، به خاطر شناخت ما از فناوری کوانتومی حاصل شده‌اند.

فناوری‌هایی که ما در اینجا به آن‌ها می‌پردازیم و تحت عنوان فناوری‌های کوانتومی از آن‌ها یاد می‌کنیم، در واقع فناوری‌های نوظهور کوانتومی هستند، دسته جدیدی از فناوری‌های کوانتومی که دانش اولیه آن‌ها، به ۸۰ سال پیش باز می‌گردد. واقعیت این است که تئوری فناوری‌های کوانتومی، چیز جدیدی نبوده و مربوط به ۸۰ سال قبل است. یک سری از فناوری‌های کوانتومی، از همان موقع به کار گرفته شدند و برخی دیگر از آن‌ها هم، تازه امکان به خدمت گرفتن شدنشان فراهم شده است.

کوانتوم، دانش بررسی اتفاقات در ابعاد کوچک است. منظور از ابعاد کوچک، مقیاس‌های کمتر از ۱۰۰ اتم می‌باشد. واقعیت اینجاست که در این ابعاد، پدیده‌های متفاوتی اتفاق می‌افتند. به این دلیل که قوانین فیزیک در این مقیاس‌ها متفاوت می‌باشند و در نتیجه، رفتار متفاوتی از مواد بروز می‌کند و مواد و موجودیت‌های فیزیکی آن‌ها، با تغییراتی روبرو می‌شوند که از آن جمله، می‌توان به رفتار غیر خطی ترانزیستورها اشاره نمود. اگر مقدار کمی از یک ماده سوم، به یک بلور سیلیکون اضافه شود، رفتار کاملاً متفاوتی را از آن شاهد خواهیم بود و همین مسئله، باعث شکل‌گیری صنعت نیمه هادی‌ها شد. ما هر چه ترانزیستورها را کوچک‌تر کنیم و در عین حال، بتوانیم مشخصات عملکردی آن‌ها حفظ نماییم، بدین معنی است که ما می‌توانیم با کاهش ابعاد، کاهش مصرف انرژی و بهینه‌تر شدن ترانزیستور، مشخصات عملکردی مشابه با قبل را داشته باشیم. به همین دلیل، هر چه تکنولوژی‌های ساخت پیشرفت می‌کرد ترانزیستورها هم کوچک‌تر می‌شد.

ترانزیستورها، از ابعاد چند سانتی‌متر شروع شدند، به ابعاد میکرومتری رسیدند، سپس در ابعاد نانومتری تولید شدند و در حال حاضر، در ابعاد چند صد اتم ساخته می‌شوند. نمونه بارز این موضوع، شرکت سامسونگ است که در حال توسعه و ساخت ترانزیستورهایی با ابعاد سه نانومتر می‌باشد. این یعنی ترانزیستوری که تنها شامل حدود ۳۰ الی ۵۰ اتم سیلیکون است. در چنین شرایطی، رفتار ترانزیستور، از رفتار اتم ها تاثیر می‌گیرد و شاید دیگر ترانزیستور به شکل عادی رفتار نکند.

در حقیقت، ما بر اساس یک معماری قدیمی مشغول ساخت کامپیوترها هستیم و زمانی‌که ترانزیستورها به زیر یک نانومتر می‌رسند و سوئیچ‌کننده در ابعاد یک اتم می‌شود، باید به فکر تعویض معماری‌ها باشیم؛ چرا که پدیده‌های دیگری در مقیاس‌های زیر نانومتر اتفاق می‌افتند. به منظور اینکه این موضوع بیشتر ملموس شود، مثالی از ذرات نانومتری مس داشته باشیم که به خاطر خواص کوانتومی، ویژگی‌های عجیبی را می‌توانند از خود نشان دهند:

  • آن‌ها در جایی خاصیت آنتی باکتریال از خود نشان می‌دهند؛
  • آن‌ها در جایی حرارت را به خوبی جذب می‌کنند؛
  • آن‌ها در جایی حرارت را به خوبی دفع می‌کنند؛
  • آن‌ها در جایی منجر به پایداری رنگ‌ها می‌شوند؛
  • آن‌ها در جایی منجر به لغزنده شدن سطح می‌شوند؛
  • آن‌ها در جایی از لغزنده شدن سحط جلوگیری می‌کنند.

اگرچه همه این موارد ناشی از یک پدیده کوانتومی است، اما کوانتوم به اینجا ختم نمی‌شود و این همه داستان نیست!

واقعیت این است که پدیده‌هایی که فقط در ابعاد تک اتم‌ها یا تک فوتون‌ها قابل مشاهده‌اند، کاربردهایی دارند که دنیای ۱۰ تا ۲۰ سال آینده ما را کاملاً متحول می‌سازند. چند نمونه از این کاربردها را در اینجا نام می‌بریم:

  • تولید عدد تصادفی کوانتومی (تجاری‌سازی شده است)؛
  • ساعت کوانتومی (تجاری‌سازی شده است)؛
  • پلتفرم توزیع کلید کوانتومی (محصول تجاری تولید شده، اما رایج نشده است؛ چراکه این فناوری عمدتاً برای ایجاد امنیت ارتباطات توسعه یافته و در حال حاضر، این صنعت ۲۰۰ میلیارد دلاری، به این فناوری اطمینان کافی ندارد)؛
  • پردازش کوانتومی (پیش‌بینی‌ها بر این است که سال‌های ۲۰۲۵ تا ۲۰۳۵، این فناوری‌ها عملیاتی می‌شوند)؛
  • رادار کوانتومی (پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که این فناوری تا ۱۰ سال آینده عملیاتی نمی‌شود).

کشورها اهمیت ویژه‌ای برای فناوری‌های کوانتومی قائل شده و در این زمینه، سرمایه‌گذاری‌های قابل توجهی انجام داده‌اند. اگر نگاهی به سال ۲۰۱۶ میلادی داشته باشیم، مجموع هزینه کشورها برای فناوری کوانتومی، در حدود ۱/۵ میلیارد یورو بوده است.

کشور هند در حال حاضر، بودجه ۱/۲ میلیارد یورویی برای توسعه فناوری‌های زیرساختی توسعه فناوری‌های کوانتومی اختصاص داده است و این، بزرگترین بودجه در علوم تحقیقات و فناوری هند را تشکیل می‌دهد.

در حقیقت، اگر با همین نرخ، رشد کامپیوترهای کوانتومی توسعه یابند، بین ۵ تا ۱۰ سال آینده، کامپیوترهای کوانتومی خواهیم داشت که تمام رمزنگاری‌های رایج را در مدت زمان کوتاهی می‌شکنند. روش‌های مختلف رایج برای ساخت رایانه‌های کوانتومی، عبارتند از:

  • استفاده از حلقه‌های ابر رسانا (نمونه اولیه و پایلوت آن توسط گوگل و IBM ساخته شده است)
  • پردازنده‌های فوتونی (در حد اثبات امکان ساخت مطرح شده است)؛
  • پردازنده‌های تله اتمی یا تله یونی (نمونه‌هایی ساخته شده که عملکرد بسیار خوبی هم داشته است، با این وجود، اشکالات مهمی برای توسعه این فناوری وجود داشته که خیلی راحت نمی‌توان تعداد این تله‌ها را اضافه نمود).

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *