پوریا ناظمی
به مناسبت روز جهانی کوانتوم
امروز، ۱۴ آوریل، به عنوان روز جهانی کوانتوم گرامی داشته می‌شود. ابتکاری که نخستین‌بار در سال ۲۰۲۲ از سوی گروهی از دانشمندان حوزه فیزیک کوانتومی و مراکز دانشگاهی بین‌المللی پیشنهاد شد و حالا با حمایت نهادهایی مانند مؤسسه بین‌المللی فیزیک نظری، به نمادی برای بزرگداشت علم کوانتوم و کاربردهای آینده‌اش بدل شده است. اگر سری به موتور جستجوی گوگل زده باشید، حتماً متوجه تغییر لوگوی آن در این روز شده‌اید. محاسبات کوانتومی یا همان رایانش کوانتومی، یکی از مهم‌ترین شاخه‌های فناوری پیش روی بشر در قرن بیست‌ویکم است و کانادا، با ترکیبی از برنامه‌ریزی هوشمند، حمایت دولت و نقش‌آفرینی صنعت و دانشگاه، یکی از بازیگران اصلی این عرصه است.
رایانش کوانتومی چیست؟
رایانش کوانتومی، تحولی بنیادین در شیوه پردازش اطلاعات محسوب می‌شود؛ تحولی که با بهره‌گیری از اصول مکانیک کوانتومی—نظیر برهم‌نهی (superposition) و درهم‌تنیدگی (entanglement)—امکان انجام محاسباتی را فراهم می‌کند که برای رایانه‌های کلاسیک، یا غیرممکن یا به طرز باورنکردنی کند و پرهزینه است. این فناوری، نویدبخش حل مسائل پیچیده‌ای در حوزه‌هایی مانند شیمی، طراحی دارو، علوم مواد، بهینه‌سازی و یادگیری ماشینی است.
تاریخچه‌ای از ایده تا کاربرد
ریشه‌های این حوزه به نظریه‌های بنیادین مکانیک کوانتومی بازمی‌گردد؛ نظریه‌هایی که در اوایل قرن بیستم توسط فیزیکدانانی چون پلانک، اینشتین، شرودینگر و بور شکل گرفتند. اما نخستین جرقه‌های رایانش کوانتومی به دهه ۱۹۸۰ بازمی‌گردد؛ زمانی که ریچارد فاینمن پیشنهاد کرد برای شبیه‌سازی سیستم‌های کوانتومی، به خودِ رایانه‌های کوانتومی نیاز داریم. این پیشنهاد توسط دیوید دویچ در سال ۱۹۸۵ با ارائه چارچوب نظری یک «ماشین جهانی کوانتومی» بسط یافت. اما نقطه عطف بعدی، به دهه ۱۹۹۰ بازمی‌گردد؛ جایی که پیتر شور الگوریتمی را برای تجزیه اعداد بزرگ به عوامل اول طراحی کرد. الگوریتمی که نه‌تنها توانایی رایانه‌های کوانتومی را اثبات می‌کرد، بلکه زنگ خطر را برای امنیت رمزنگاری مدرن به صدا درآورد.
پیشرفت‌های سخت‌افزاری، ظهور الگوریتم‌های جدید و کار بر روی تکنیک‌های تصحیح خطای کوانتومی، این حوزه را از یک ایده نظری به مرحله آزمایشگاهی و سپس به آستانه ورود به کاربردهای تجاری رسانده است.
موقعیت فعلی در جهان
در سال‌های اخیر، رایانش کوانتومی از حیطه‌ی مقالات و آزمایشگاه‌ها خارج شده و وارد مرحله‌ی رقابت جهانی شده است. ایالات متحده با تصویب “قانون ابتکار ملی کوانتوم”، اتحادیه اروپا با برنامه پرچم‌دار کوانتومی، و چین با پروژه‌هایی مانند ماهواره ارتباطی کوانتومی Micius، همگی در رقابتی تنگاتنگ برای تسلط بر آینده این فناوری هستند. در کنار این بازیگران بزرگ، کانادا با تمرکز بر کیفیت، همکاری و نوآوری، مسیر متفاوت و موفقی را پیموده است.
کانادا؛ ترکیب دولت، دانشگاه و صنعت
دولت فدرال کانادا در سال‌های اخیر، با درک اهمیت راهبردی رایانش کوانتومی، سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی در این حوزه انجام داده است. در سال ۲۰۲۳، در قالب «استراتژی ملی کوانتوم»، مبلغی بالغ بر ۳۶۰ میلیون دلار برای یک برنامه پنج‌ساله اختصاص یافت. هدف این برنامه، تقویت زیرساخت‌های تحقیقاتی، حمایت از استارتاپ‌های کوانتومی، و جذب استعدادهای برتر جهانی است. این حمایت‌ها از طریق نهادهایی مانند شورای تحقیقات علوم طبیعی و مهندسی کانادا (NSERC) و Innovation, Science and Economic Development Canada هدایت می‌شود.
(بخشی از مصاحبه جاستین ترودو، نخست وزیر پیشین کانادا، مربوط به هشت سال پیش هنگام بازدید از پروژه رایانش کوانتومی)
در بخش دانشگاهی، دانشگاه واترلو و مؤسسه رایانش کوانتومی (IQC) جایگاهی مرکزی دارند. IQC با بیش از ۱۰۰ پژوهشگر فعال و سابقه تربیت بیش از ۱۵۰۰ نفر از محققان حوزه کوانتوم، یکی از قطب‌های جهانی در علوم اطلاعات کوانتومی است. این مؤسسه در زمینه‌هایی مانند نظریه کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی، فیزیک تجربی، و سخت‌افزارهای کوانتومی فعال است و به‌صورت پیوسته با دانشگاه‌های تورنتو و بریتیش کلمبیا همکاری دارد.
صنعت کوانتومی در کانادا نیز پویایی چشمگیری دارد. شرکت D-Wave Systems مستقر در برنابی بریتیش کلمبیا، نخستین شرکتی بود که رایانه کوانتومی مبتنی بر آنیلینگ را به بازار عرضه کرد. این شرکت با نهادهایی مانند ناسا، گوگل و فولکس‌واگن در حل مسائل بهینه‌سازی همکاری داشته است. در سوی دیگر، شرکت Xanadu در تورنتو در حال توسعه رایانه‌های کوانتومی مبتنی بر فوتونیک است. در سال ۲۰۲۴، این شرکت اعلام کرد که موفق به ساخت پردازنده‌ای فوتونی شده که پایداری کیوبیت‌ها در آن به‌شدت بهبود یافته و توان پردازشی آن قابل رقابت با نمونه‌های مطرح جهانی است.
چالش‌ها و فرصت‌ها
البته مسیر رایانش کوانتومی بی‌چالش نیست. موضوعاتی مانند ناپایداری کیوبیت‌ها، حساسیت به نویز، تصحیح خطاهای کوانتومی و دشواری در مقیاس‌پذیری از جمله چالش‌های فنی این فناوری هستند. با این‌حال، نهادهای تحقیقاتی در کانادا در حال کار بر روی روش‌های تصحیح خطای سطح بالا و طراحی سیستم‌هایی با مقاومت بیشتر در برابر نویز هستند.
در کنار این مسائل، کانادا با طراحی نظام‌های مهاجرتی برای جذب نخبگان، ارائه بورسیه‌های تحقیقاتی، و میزبانی کنفرانس‌های بین‌المللی مانند QIC و TQC، نقش فعالی در دیپلماسی علمی ایفا می‌کند. همکاری با شرکت‌هایی نظیر IBM، Honeywell، و گوگل نیز به انتقال دانش و فناوری کمک شایانی کرده است.
نگاه به آینده
برای اینکه کانادا همچنان در این رقابت باقی بماند، نیازمند استمرار در سرمایه‌گذاری، ایجاد مسیرهای شغلی جذاب برای دانش‌آموختگان، و تدوین سیاست‌هایی برای تجاری‌سازی فناوری‌های کوانتومی است. آموزش عمومی درباره کوانتوم، تربیت نیروی انسانی چندرشته‌ای، و فرهنگ‌سازی درباره کاربردهای صلح‌آمیز این فناوری نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.
رایانش کوانتومی، تنها یک موضوع علمی نیست، بلکه دریچه‌ای است به آینده صنایع، امنیت سایبری، سلامت، و حتی فلسفه شناخت. روز جهانی کوانتوم، فرصتی است برای تأمل در مسیر پیموده‌شده و چشم‌انداز پیش‌رو. کانادا اگرچه در مقیاس جغرافیایی و جمعیتی کوچک‌تر از برخی رقبای خود است، اما با تکیه بر کیفیت، برنامه‌ریزی، و تعاملات علمی جهانی، می‌تواند همچنان در صف نخست این انقلاب علمی باقی بماند.
تحریریهی «مداد»
