علوم و فناوری کوانتم و چشم انداز آینده

به گزارش ایلنا، در نشست تخصصی «علوم و فناوری کوانتم و چشم انداز آینده»  که به همت اندیشکده علم الگوی اسلامی ایرانی پیشرفت، درمحل مرکز الگوی اسلامی ایرانی پیشرفت برگزار شد، اکبرزاده (رییس اندیشکده علم) هدف از برگزاری نشست را ارایه و ادامه بحث را به  شیخ جباری دبیر نشست واگذار کرد.

انقلاب دوم در علوم و فناوری کوانتمی

محمد مهدی شیخ جباری (دبیر نشست) طی سخنانی فرآیند شکل‌گیری علوم و فناوری به طور اعم و علوم و فناوری کوانتمی به طور اخص را که توالی زمانی (در طول) هم هستند به دوبخش تقسیم کرد: مرحله تکوین علم که در آن ما قوانین حاکم به پدیده مورد نظر را کشف می‌کنیم و می‌اموزیم که چگونه در چارچوب فرمول‌بندی و مدل‌های تکوین‌یافته از آنچه کمابیش به طور طبیعی وجود دارد استفاده کنیم. در گام دوم و در پی چیرگی بر مدل‌ها و فرمول‌بندی، سامانه‌ها و چینش‌های مختلفی برای مقاصد خاص طراحی و ساخته می‌شوند. شاید به تسامح بتوان مرحله اول را تکوین علمی و مرحله دوم را فرآوری فناوری نامید. 

استاد پژوهشکده فیزیک پژوهشگاه دانش‌های بنیادی ادامه داد: شکل‌گیری نظریه کوانتم از حدود سال ۱۹۰۰ با آزمایش پلانک شروع و به پردازش فرمول‌بندی مکانیک کوانتمی در سال ۱۹۲۷ انجامید. مکانیک کوانتمی نظریه جایگزین و تکمیل‌تر شده از مکانیک کلاسیک نیوتنی است. مطابق این نظریه، گرچه تمامی سامانه‌ها و جهان اطراف ما در چارچوب این نظریه کار می‌کنند و قابل توصیف هستند، آثار کوانتمی (غیر کلاسیکی) عموما برای سامانه‌های کوچک (در سطح مولکول‌ها و کوچکتر) قابل ملاحظه و مهم هستند. 

عضو اندیشکده علم الگوی اسلامی ایرانی پیشرفت ادامه داد: از زمان پیدایش تاکنون، مکانیک کوانتمی از تمامی آزمایش‌های انجام شده سربلند بیرون آمده و علی‌رغم داشتن جنبه‌هایی که با شهود روزمره ما و در چارچوب مکانیک کلاسیک عجیب به نظر می‌رسند، نظریه‌ای کاملا تثبیت شده است. تا حدود ۳۰ سال پیش را شاید بتوان مرحله اول نظریه کوانتم و تکوین فرمول‌بندی‌ها و مدلَ‌های پدیده‌های کوانتمی در نظر گرفت. مهمترین اتفاقات این دوره فرمول‌بندی و مدل‌سازی برای درک خواص فیزیکی و شیمایی اتمها و مولکول‌های ساده و همچنین پدیده‌هایی نظیر نیمه‌رساناها، ابررسانایی، ابرشارگی، خواص کوانتمی نور و لیزر در چارچوب نظریه مکانیک کوانتمی است. این پدیده‌های فیزیکی به فناوری‌های متعددی از جمله الکترونیک، مخابرات و ساخت ابزار و انواع ماشین‌های کوچک (در ابعاد میکر و نانو) منجر شده است. شاید بتوان آخرین قدم از این مرحله را با «علوم و فناوری‌های نانو» نام‌گذاری کرد. 

رایانش کوانتومی: اصول، اهمیت و ضرورت

اولین سخنران نشست تخصصی علوم فناوری و کوانتم علی رضا خانی (دانشیار دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف) بود. 

وی سخنرانی خود را تحت عنوان رایانش کوانتومی: اصول، اهمیت و ضرورت ارایه کرد. 

در چکیده بحث علی رضا خانی آمده است: رایانه‌ها ابزارهایی فیزیکی‌اند. از این‌رو طبعاً رایانه‌ها و آن‌چه که انجام می‌دهند نیز مشمول قانون‌های فیزیکیِ طبیعت‌اند. به‌ویژه، از چند دهه‌ی پیش با این شناخت که فیزیک کوانتومی حاکم بر رفتارِ بنیادیِ سیستم‌های فیزیکی است، یک بازنگری اساسی از مفاهیم «پردازشِ اطلاعات» و «محاسبه» (رایانش) معرفی شده‌است. آن‌چه این رایانش را مفهومی اساساً متفاوت با رایانشِ متداول می‌کند پدیدارشدنِ ویژگی‌های «کوانتومی» و تاثیر عمیق آن‌ها بر کارکرد رایانه، محاسبه، و شیوه‌ی پردازش اطلاعات است. در این سخنرانی اساسِ کارکردِ رایانه‌های کوانتومی، پیامدها و توانمندی‌های آن برای علوم و فناوری، پیشرفت‌های کنونی در ساخت رایانه‌های کوانتومی، و چشم‌اندازی از افقِ پیشِ رو به‌صورت مختصر بررسی می‌شود. 

اطلاعات کوانتومی و آینده‌ی پیش رو

دومین سخنران نشست اعظم مانی (هیات علمی دانشکده علوم مهندسی دانشگاه تهران) بود. وی در این سخنرانی، ابتدا مفهوم کلاسیکی اطلاعات را مرور کرده و سپس به بیان مفهوم اطلاعات در سیستم‌های کوانتومی پرداخت.

مانی در ادامه بحثی را پیرامون اینکه چطور سیستم‌های کوانتومی می‌توانند، در انتقالِ امنِ اطلاعات نقش داشته باشند ارایه و ادامه داد، در حال حاضر بدلیل سرمایه‌گذاری‌های کشورهای مختلف در این زمینه، پیشرفت‌های موفقیت‌آمیزی حاصل شده است.

او در ادامه به پیاده‌سازی مخابرات کوانتومی و همچنین آینده‌ی پیش رو به نکاتی اشاره کرد. 

چشم‌انداز کاربرد نظریه کوانتم در تحولات آینده 

سومین سخنران نشست علی اسفندیار (دانشیار دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف) بود. وی سخنان خود را تحت عنوان «چشم‌انداز کاربرد نظریه کوانتم در تحولات آینده در علوم مهندسی، پزشکی و فناوریهای مورد انتظار» ارایه داد. در چکیده بحث اسفندیار آمده است: فناوری‌های کوانتم شاید ایستگاه آخر و یا یکی از آخرین ایستگاههای فناوری بشری باشد که با علم فیزیک می‌توان به آن دست یافت. این فناوری براساس مفاهیم بنیادی کوانتمی در رفتار تک و یا تعداد معدود ذرات اتمی و ارتباط شناخته شده ولی همچنان مرموز درهم تنیدگی و برهمنهی کار می‌کند. در حال حاضر با توجه به دقت و عمق فناوری‌های اندازه گیری، رایانش و ارسال داده و متعاقبا تحولات بسیار عمیق فناورانه در زندگی بشر، ورود فناوریهای کوانتومی می‌تواند دوره جدیدی از عصر فناوری را رقم بزند. زمانی که حس گرها در حدهای کوانتمی دقت اندازه گیری داده‌ها را داشته باشند و با وجود سرعتی غیر قابل محاسبه و مشابه رفتار کوانتمی سیستم ها، توان و دقت محاسباتی و انتقال داده‌ها امنیت کامل داشته باشند، دنیای دیگری را می‌توان ترسیم کرد. اگر چه بر خلاف تبلیغات برخی رسانه‌های علمی که رویافروشی می‌کنند، همه این تحولات در یک دهه رخ نمی‌دهد، ولی باید چشم اندازی غیرخطی در بازه زمانی چهل تا پنجاه سال آتی برای نفوذ و تأثیر واقعی این فناوری‌ها در ابعاد مختلف زندگی بشری انتظار داشت. 

 اسفندیار در این ارایه تلاش کرد جنبه‌های مختلف و متفاوت کارکرد فناورانه این فناوری در حوزه‌های علوم و مهندسی را ترسیم و به فرصت‌ها و چالش‌های آن بپردازد. 

وی در ادامه بحث، به صورت اجمالی به راهبردهایی که کشور می‌تواند با برنامه ریزی و اولویت بخشی اتخاذ نماید، تا در آینده فناوری‌های کوانتمی، فقط نظاره‌گر و یا آسیب‌پذیر این فناوری نباشد، اشاره کرد. 

جمع‌بندی مباحث مطرح شده در این نشست را رسول رکنی زاده (استاد فیزیک دانشگاه اصفهان و مدیر مرکز علوم و فناوری کوانتمی) به عهده داشت. در جمع‌بندی نشست تاکید شد که با توجه به اهمیت بحث از اندیشکده علم الگوی اسلامی ایرانی پیشرفت خواسته شد با استمرار این قبیل نشست‌ها جامعه را با انتخاب بهترین مسیر با این علم آشنا و با برنامه ریزی بیشتر تا حصول نتیجه این نشست‌ها استمرار یابد.