کوانتوم چیست؟ / راهی برای حل معادلات پیچیده بشر

خبرگزاری میزان - «سازمان انرژی اتمی یکی از سازمان های پیشتاز در امر فناوری‌های نوین و مرزهای دانش و یکی از افتخارآمیزترین سازمان‌ها و نهادهای دولتی است که توانسته قدم های بلندی در عرصه علم و فناوری بردارد»؛ این بخشی از سخنان علی‌اکبر صالحی معاون رئیس‌جمهور و رئیس سازمان انرژی اتمی ایران است که  صبح روز شنبه ۲۸ شهریور ۱۳۹۸ در مراسم افتتاحیه «اولین مدرسه تابستانی علوم و فناوری‌های کوانتومی به زبان ساده» مطرح کرد.

به گفته صالحی، دو مفهوم «برهم نهی» و «درهم تنیدگی» دو عنصر اساسی فناوری کوانتومی هستند. با این مفاهیم کوانتوم مکانیک به عنوان یک فناوری شکل می‌گیرد. کوانتوم مکانیک یک پدیده علمی و فنی است که به دنبال خلق فناوری‌های جدید است. یکی از این فناوری‌ها در حوزه محاسبات است. اگر فناوری کوانتومی در حوزه محاسبات بکار گرفته شود، شاهد ساخت کامپیوتر‌هایی خواهیم بود که از حیث پردازش قابل مقایسه با کامپیوتر‌های موجود نخواهد بود.

"اگر فناوری کوانتومی در حوزه محاسبات بکار گرفته شود، شاهد ساخت کامپیوتر‌هایی خواهیم بود که از حیث پردازش قابل مقایسه با کامپیوتر‌های موجود نخواهد بود"حالت کامپیوتر کوانتومی نسبت به یک سوپر کامپیوتر در برخی محاسبات همانند سوپرکامپیوتر نسبت به چرتکه است. در این کامپیوتر‌ها هم از برهم نهی و درهم تنیدگی استفاده می‌شود.

رئیس سازمان انرژی اتمی در همین جلسه، از ایجاد «مرکز فناوری‌های کوانتومی» خبر داد و گفت نقشه راه فناوری‌های کوانتومی تنظیم شده و به شورای عالی انقلاب فرهنگی، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری و مرکز پژوهش‌های مجلس شورای اسلامی ارسال شده است که انشاء الله هر چه زودتر به تصویب برسد و ابلاغ شود.

جواد کریمی‌ثابت معاون سازمان انرژی اتمی نیز در جلسه ۱۳۵ ستاد راهبری اجرای نقشه جامع علمی کشور ضمن تشریح وضعیت فناوری‌های کوانتومی در کشور و ارائه گزارشی از پیشرفت فناوری‌های کوانتومی، گفت: از اوایل قرن بیستم، فناوری‌های کوانتومی در دنیا مورد توجه ویژه‌ای قرار گرفته است و به سمت ایجاد یک انقلاب فناوری پیش می‌رود. شروع این فناوری به کشف پدیده درهم‌تنیدگی کوانتومی در سال ۱۹۳۰ بر می‌گردد. در آن سال‌ها تأثیر این پدیده در فناوری قابل پیش‌بینی نبود.

به گفتۀ معاون صالحی، انقلاب اول در فناوری‌های کوانتومی مربوط به پدیده‌هایی مانند تونل زنی کوانتومی و لیزر‌ها است به عنوان مثال تصویربرداری ام آر آی یک نمونه است. انقلاب دوم در فناوری‌های کوانتومی بر اساس درهمتنیدگی کوانتومی شکل گرفته است که تأثیر شگرفی در فناوری حسگرها، اطلاعات و محاسبات داشته و خواهد داشت.

وی با بیان اینکه فناوری‌های کوانتومی عمدتاً به پنج دسته شامل محاسبات و کامپیوتر‌های کوانتومی، اطلاعات و ارتباطات کوانتومی، شبیه‌سازی کوانتومی، حسگر‌های کوانتومی، زیست‌شناسی کوانتومی تقسیم بندی می‌شوند، درباره وضعیت فناوری‌های کوانتومی در ایران اظهار داشت: از حدود سال ۲۰۰۰ فعالیت در دانشگاه‌های کشور در حوزه فیزیک کوانتومی آغاز شده است.

به منظور ایجاد بستر مناسب در زمینه توسعه فناوری‌های کوانتومی، از سال ۱۳۹۵ اقداماتی از جمله تدوین سند توسعه فناوری‌های کوانتومی، ایجاد زیرساخت‌های لازم مانند آزمایشگاه‌های پیشرفته، تعریف و اجرای پروژه‌های راهبردی، ایجاد شبکه‌ها و خوشه‌های تخصصی و همکاری‌های ملی و بین‌المللی، آموزش و تربیت نیروی انسانی متخصص از بین فارغ‌التحصیلان برتر و تألیف و نشر کتاب‌های متعدد برای گروه‌های مختلف انجام شده است.

رئیس پژوهشگاه علوم وفنون هسته ای، تولید فوتون‌های درهم‌تنیده و  انتقال این فوتون‌ها در فضای باز را  از جمله اقدامات انجام شده دانست و گفت: از جمله پروژه‌های در دست اجرا توسط سازمان انرژی اتمی در حوزه فناوری‌های کوانتومی، می‌توان به رمزنگاری کوانتومی در فضای آزاد، رمزنگاری کوانتومی در بستر فیبر، مدارات مجتمع نوری، ناوبری کوانتومی، مترولوژی و رادار کوانتومی، ساعت اتمی، شبیه‌سازی کوانتومی و زیست‌شناسی کوانتومی اشاره کرد.   همچنین علی‌اکبر صالحی ۳ مرداد ۱۳۹۷ در در جریان مراسم رونمایی از فناوری کوانتومی درباره چیستی فناوری کوانتومی گفت: فناوری کوانتومی در ارتباط با پدیده‌هایی است که در سطح اتمی و زیر اتمی اتفاق می‌افتد و این پدیده‌ها به گونه‌ای است که با برداشت‌های روزمره ما از مسائل طبیعی ناسازگار است. ما برای ورود به عرصه فناوری کوانتومی باید بتوانیم فوتون‌ها و الکترون‌های درهم تنیده را جدا کنیم؛ پس از جدایی، بهره برداری لازم به عمل می‌آید؛ بنابراین کلید ورود به این فناوری، جداسازی ذرات مورد اشاره است.

صالحی افزود: در بُعد آزمایشگاهی، ما توانستیم فوتون‌های درهم تنیده را از هم جدا کنیم و مطابق برنامه ریزی انجام شده می‌خواهیم تا انتهای سال این فوتون‌ها را در فاصله ۷ کیلومتری قرار دهیم و اطلاعاتی به آن‌ها تزریق کنیم تا این فوتون‌ها در همان لحظه اطلاعات را دریافت کنند؛ حالا این فاصله را هزار کیلومتر در نظر بگیرید.

وی با اشاره به امتیازات فیزیک کوانتومی در ۵ حوزه، به مقوله ارتباطات اشاره کرد و گفت: در حال حاضر نخستین ماهواره مرتبط با این فناوری توسط چینی‌ها پرتاب شده که می‌تواند به فاصله ۶۰۰ مایل این درهم تنیدگی را انجام دهد؛ ما امیدواریم تا آخر سال در این فناوری به ۷ کیلومتر و پس از آن به سرعت به ۱۵ کیلومتر برسیم.

صالحی در پایان به مزایای فناوری کوانتومی در مقوله‌هایی همچون محاسبه‌گری، بیولوژی و حس‌گر‌ها نیز اشاره کرد.

همچنین ۱۰ تیر ۹۷ یکی از کارشناسان سازمان انرژی اتمی درباره نقش صنعت هسته‌ای در حوزه ارتباطات با تمرکز بر حوزه کوانتوم در یک گفت‌وگوی مشروح با میزان گفت: علم کوانتوم به مطالعه پدیده‌ها و ویژگی‌های سیستم‌های اتمی و زیر اتمی می‌پردازد. با استفاده از نظریه کوانتومی می‌توان خواص اتم‌ها، مولکول‌ها و مواد را به‌طور دقیق محاسبه کرد.

"حالت کامپیوتر کوانتومی نسبت به یک سوپر کامپیوتر در برخی محاسبات همانند سوپرکامپیوتر نسبت به چرتکه است"پیشرفت‌های عظیم در علم شیمی، فیزیک، پزشکی، ارتباطات و ... مرهون توسعه ابزار‌هایی است که پس از پیدایش این علم و در ارتباط با آن ساخته شده است.   فناوری‌های کوانتومی، فناوری‌هایی هستند که از ویژگی‌های موجود در سطح کوانتومی (مقیاس ذرات بنیادی مانند الکترون‌ها و فوتون‌ها) استفاده می‌کنند. فناوری‌های کوانتومی در بسیاری از اکتشافات و اختراعات قرن اخیر نقشی کلیدی ایفا می‌کند از جمله حوزه‌های کاربردی فناوری کوانتومی می‌توان به حوزه ارتباطات، حسگر‌ها و زیست‌شناسی کوانتومی اشاره کرد.   از جمله محصولات نهایی حاصل از نسل دوم فناوری‌های کوانتومی می‌توان به رایانه‌های کوانتومی اشاره کرد، که می‌تواند در مدت چند دقیقه به حل مسائلی بپردازند که توسط ابررایانه‌های کنونی قابل انجام نیستند.

یک پردازنده کوانتومی قادر است برای به‌دست آوردن نتایج همزمان جایگشت یک عدد بزرگ، از پدیده برهم‌نهی کوانتومی بهره گیرد. حوزه کوانتوم، پتانسیل بسیار عظیمی در حل مسائل دشوار امروزی مانند شبیه‌سازی، پاسخ بدن به داروها، پیش‌بینی الگو‌های آب و هوایی یا آنالیز داده‌های پایگاه‌های اطلاعاتی بزرگ، ارتباطات امن و ... دارد.   فوتون‌ها در تمام شاخه‌های فناوری کوانتومی مانند محاسبات کوانتومی، اطلاعات کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی، فرابرد و بیولوژی کوانتومی نقش کلیدی ایفا می‌کنند. درهم‌تنیدگی کوانتومی بین فوتون‌ها و همچنین ذرات، به‌عنوان قلب فناوری کوانتومی شناخته می‌شود و یک فناوری ضروری برای کاوش و توسعه تکنولوژی‌هایی است که براساس نسل جدید فیزیک کوانتوم بنا شده‌اند.

 

• بیشتر بخوانید:
• انقلاب ارتباطات با صنعت هسته‌ای؛ افزایش سرعت، امنیت و ظرفیت انتقال داده‌ها/ اطلاعاتی که روی فوتون‌ها سوار می‌شوند/ سازمان انرژی اتمی؛ بهترین مجموعه برای فعالیت‌های کوانتومی

 

انتهای پیام/