«جام‌جم» اهمیت توسعه فناوری‌های کوانتومی در کشور را بررسی می‌کند
هشدار؛ از جهش کوانتوم عقب نمانیم
شاید این روزها بیارتباطترین و کم‌اهمیت ترین کلمه‌ای که می‌توانیم بشنویم واژه کوانتوم باشد. این‌که در روزگار فعلی از اهمیت فناوری‌های کوانتومی سخن بگوییم شاید ما را به ندانستن ارزش‌های خبری و وقتنشناسی متهم کند اما به نظر میرسد ریشه بسیاری از چالشها و دغدغه های امروزیمان، بی اعتنایی به اهمیت پیشرفت علم و فناوری‌های جدید در جهان باشد.
دنیا به‌سرعت در حال تحول است، از گام‌های بزرگ جهان در حوزه اینترنت و صنایع فضایی بگیرید تا حوزههای ملموستری مثل پزشکی و داروسازی. آن طور که از تحقیقات دفتر مطالعات انرژی مرکز پژوهش‌های مجلس برمی‌آید، همه این رشتهها با فناوری‌های کوانتومی که این روزها با سرعت زیادی در حال پیشرفت است، گره خورده اند و آینده هریک بدون این فناوری جدید غیرقابل‌تصور است. وقتی از کوانتوم حرف میزنیم اولین چیزی که به ذهن میرسد این است که حتما در زندگی ما کاربردی ندارد، چون تابه‌حال بدون دانستن دربارهاش بدون دغدغه زیستهایم اما همان‌قدر که زندگی بدون اینترنت برای‌مان غیرقابل‌تصور است زندگی بدون کاربردهای فناوری کوانتومی در سال‌های آینده هم ناممکن به نظر میرسد. کوانتوم کوچک‌ترین ذره از هر چیزی است. برای مثال کوچک‌ترین ذرات نور را فوتون یا کوانتوم نور میگویند. فیزیک کوانتوم با بررسی همین ذرات، عملکرد و خواص‌شان میتواند در بسیاری از علوم تحول ایجاد کند. تحولاتی که در ساخت سریعتر داروهای مهم تاثیر خواهد گذاشت و شگفتیهایی را در زمینه سرعت محاسبات رایانهای و امنیت اطلاعات مبادله‌شده به دنبال خواهد داشت. به‌همین‌منظور به کاربردهای این فناوری مهم و لزوم برنامه‌ریزی برای دستیابی به بخشهای مختلف این فناوری در کشور پرداختیم.
چین بیش از ۱۵میلیارد دلار اعتبار برای پیشرفت در حوزه فناوری‌های کوانتومی در نظر گرفته است. بودجه کوانتومی چین، از مجموع بودجه کوانتومی دولت آمریکا و کشورهای همپیمان آن بیشتر است. این موضوع به‌وضوح نشان میدهد کشورهایی که توسعه علمی و فناوری برای‌شان اهمیت دارد به‌طور جدی در زمینه فناوری‌های کوانتومی سرمایهگذاری میکنند. این درحالی‌است که در ایران نه‌تنها بودجه پژوهشی در دو سال اخیر کاهش داشته بلکه ردیف اعتباری مشخصی برای توسعه فناوری‌های کوانتومی هم در نظر گرفته نشده است. چین به‌تنهایی نزدیک به ۵۴ درصد از کل اختراعات فناوری کوانتومی جهان را به خود اختصاص داده است، پس از آن ژاپن با 15.2درصد در رتبه دوم قرار دارد. اتحادیه اروپا و آمریکا هم با 10 و 11درصد از اختراعات، رتبههای سوم و چهارم جهان را به خود اختصاص دادهاند. عمده اختراعات حوزه کوانتوم در ایران به قبل از سال 97 بازمی‌گردد و در سه سال اخیر، کشورمان هیچ ثبت اختراعی در این حوزه نداشته است.
سیاست گذاری و برنامه‌ریزی پیش از آن‌که دیر شود
با توسعه فناوری کوانتوم، بسیاری از سامانههای رمزنگاری فعلی درهم خواهد شکست و انواع جدیدی از ارتباطات ایمن و حسگرهای بسیار دقیق را به وجود خواهد آورد.
چه در حوزه رایانههای کوانتومی و چه حسگرها و ارتباطات کوانتومی نیاز داریم که قبل از فراگیر شدن در کشور، آسیبهای آن را شناسایی کرده و با کمک محققان راههایی برای حل چالشهای احتمالی داشته باشیم.
این فناوری هم مثل هر فناوری دیگری دیر یا زود به کشور ما وارد می‌شود و نباید منتظر بمانیم تا بعد از فراگیری آن و بروز چالشها و مسائل جدید، آن‌وقت به فکر راهکار بیفتیم. مسأله مهم دیگری که باید به آن توجه شود برنامه‌ریزی و ایجاد سیاستی کلان برای استفاده از این فناوری جدید است.
در غیر این صورت ما از فناوری‌های روز جهانی عقب میمانیم و توان تامین محصولات کوانتومی که پیش‌بینی می‌شود تا سال 1405 در جهان فراگیر شود را نخواهیم داشت. فناوری کوانتومی مثل فناوری‌های دیگر نیست که بتوانیم در مدت کوتاهی در آن پیشرفت داشته باشیم زیرا تجهیزات مورد نیاز آن راحت و عادی به دست نمیآیند. برای مثال پردازندههای کوانتومی برای نگهداری و کار نیاز به شرایط خلأ و دماهایی بسیار پایین دارند.
خنک کنندههای این ابزارها یا ابررساناها و مشاهدهگرهای کوانتومی که در مراحل مختلف این فناروی به کار میروند نیاز به سرمایه گذاری و زمان دارند. بدون داشتن برنامه بلندمدت و سند چشمانداز شفاف، مراکز علمی و دانشگاهی از این فناوری مهم محروم خواهند ماند.
محاسبات رایانهای پیچیده در کوتاه‌ترین زمان ممکن
محاسبات و رایانش کوانتومی یک مدل محاسباتی جدید است که از قوانین مکانیک کوانتومی برای کنترل واحدهای اطلاعات کوانتومی پیروی می‌کند. با خاصیتهای منحصربه‌فردی که فضای اتمی و زیراتمی دارد نسل رایانههای جدید دگرگون خواهد شد کما این‌که تا امروز هم در بسیاری از مراکز علمی جهان ابررایانههای کوانتومی کمک میکنند تا معادلات ریاضی و محاسباتی در زمانی بسیار کوتاهتر از گذشته حل شود.
برای مثال انجام محاسبات برخی رشتهها هزاران سال زمان نیاز داشت تا به جواب برسد چون سرعت پردازش پردازندههای قدیمی رایانهای برای آن معادلات بسیار کند بود، درحالی‌که رایانه کوانتومی میتواند همان سؤال را در عرض چند ثانیه تا چند دقیقه محاسبه کند. به یافتن بهترین سیاست یا راهکار برای رسیدن به هدف یا حل مسأله با درنظرگرفتن همه محدودیتهای آن بهینه‌سازی میگویند.
برای مثال تصور کنید میخواهید کوتاه‌ترین و سریع‌ترین مسیر رسیدن از مبدا به مقصد در شبکه حمل‌ونقل، یا مناسبترین ترکیب برای تولید آلیاژ مورد نیاز صنعت را پیدا کنید. در چنین شرایطی رایانههای عادی نمیتوانند محاسبات دقیق با خطای کم را به شما ارائه دهند بنابراین ناچاریم با کمک فناوری‌های رایانش کوانتومی این مسائل را حل کنیم.
امنیت در تبادل اطلاعات و مبادلات ارزی
رمزگذاریهایی که برای امضای الکترونیک و گواهیهای الکترونیک به کار میرود همیشه نیاز به بهروزرسانی دارد. درصورتی‌که این به‌روزرسانی‌ها انجام نشود امنیت ملی اطلاعات مبادله‌شده در کشورها به خطر می‌افتد. برای چنین موضوعی نمی‌توان منتظر ماند و وقت را تلف کرد زیرا زمانی که کشورهای مختلف در این حوزه پیش بروند کشورهایی که سرعت کافی ندارند به‌شدت دچار مشکل میشوند. این مسأله به‌طور جدی امنیت مبادلات ارزی در بانکها را تحت تاثیر قرار میدهد بنابراین مجهز شدن به رمزگذاریهای کوانتومی در سال‌های آینده نیازی جدی خواهد بود.
شبیه‌سازی های علمی برای ساخت تجهیزات
شبیه‌سازی، از دیگر مسائلی است که در علوم پایه و فنی مهندسی بسیار ضروری است. شبیهسازیها در پروژههای صنعتی از گام‌های ابتدایی ساخت تجهیزات و امکانات است اما انجام برخی از این شبیهسازیها در رایانههای عادی غیرممکن است پس برای این حوزه هم به فناوری کوانتومی نیاز داریم. در نگاه اول همه این موارد ممکن است از زندگی روزمره ما فاصله زیادی داشته باشد اما وقتی بدانید همین شبیهسازیها در داروسازی، شیمی، فیزیک، متالورژی و... به کار میرود ضرورت دستیابی به این فناوریها برای‌مان ملموستر خواهد بود.
حسگرهای کوانتومی پرکاربرد در علوم مختلف
حسگرهای کوانتومی ابزارهایی هستند که در دستگاههای عکسبرداری از اعصاب بدن، رادارها و سامانههای مکانیاب مورد استفاده قرار می‌گیرند. نبود این حسگرها دقت این دستگاهها و تجهیزات را پایین میآورد و احتمال خطا را افزایش میدهد. به همین خاطر است که یکی دیگر از مهمترین حوزههای کاربردی فناوری کوانتومی حوزه حسگرها است. پزشکی، صنایع‌نظامی، زمین‌شناسی و... بدون وجود حسگرهای کوانتومی از علم روز دنیا عقب میماند و احتمال خطایش بیشتر می‌شود.
بی‌رغبتی و نبود بازار کار؛ سهم ایران از تحقیقات کوانتومی
غیر از اختراعات مرتبط با حوزه کوانتوم که چین در این حوزه طلایهدار جهان است، تولید مقاله و انجام پژوهش در این رابطه هم اهمیت زیادی دارد. چین در این حوزه هم رتبه یک را دارد و ژاپن و هند هم در میان کشورهای آسیایی جزو 10 کشور اول هستند. پس از آنها و در آسیا رژیم اشغالگر قدس با سهم 9/1درصدی در جایگاه هفدهم جهان قرار دارد و ایران با 04/0 درصدی رتبه سیودوم جهان را به خود اختصاص داده است. در بین کشورهای همسایه، ترکیه هم اوضاع خوبی ندارد و در جایگاه چهلم جهان قرار گرفته است. با نگاهی به دانشگاههایی که رشتههای اطلاعات کوانتومی و فوتونیک در آنها تدریس می‌شود میتوان فهمید چرا سهم ایران در این بین عددی قابل‌توجه نیست. از سوی دیگر وضعیت اقتصادی و نبود بستر مناسب برای فعالیت فارغالتحصیلان این رشتهها باعث شده که رغبت دانشجویان برای ورود به رشتههایی مثل فیزیک، شیمی، مهندسی شیمی، فناوری‌اطلاعات، ریاضیات و آمار که با گرایشهای کوانتومی در ارتباط نزدیک است کاهش پیدا کند. شورای عالی فضای مجازی در سند راهبردی جمهوری اسامی ایران مصوب ۸ شهریور ۱۴۰۱، طراحی نظام به‌کارگیری فناوری‌های نوین فضای مجازی از قبیل پردازش کوانتومی را وظیفه معاونت علمی و فناوری ریاست‌جمهوری تعیین کرده و تصویب نهایی این سند نیز به کمیسیون عالی تنظیم مقررات فضای مجازی سپرده شده است. بنابراین باید منتظر بود و دید معاونت علمی چه راهکارهایی برای تغییر جایگاه ایران در آسیا و جهان در حوزه فناوری‌های کوانتومی ارائه می‌کند.
مریم ملی - گروه دانش و سلامت
چین بیش از ۱۵میلیارد دلار اعتبار برای پیشرفت در حوزه فناوری‌های کوانتومی در نظر گرفته است. بودجه کوانتومی چین، از مجموع بودجه کوانتومی دولت آمریکا و کشورهای همپیمان آن بیشتر است. این موضوع به‌وضوح نشان میدهد کشورهایی که توسعه علمی و فناوری برای‌شان اهمیت دارد به‌طور جدی در زمینه فناوری‌های کوانتومی سرمایهگذاری میکنند. این درحالی‌است که در ایران نه‌تنها بودجه پژوهشی در دو سال اخیر کاهش داشته بلکه ردیف اعتباری مشخصی برای توسعه فناوری‌های کوانتومی هم در نظر گرفته نشده است. چین به‌تنهایی نزدیک به ۵۴ درصد از کل اختراعات فناوری کوانتومی جهان را به خود اختصاص داده است، پس از آن ژاپن با 15.2درصد در رتبه دوم قرار دارد. اتحادیه اروپا و آمریکا هم با 10 و 11درصد از اختراعات، رتبههای سوم و چهارم جهان را به خود اختصاص دادهاند. عمده اختراعات حوزه کوانتوم در ایران به قبل از سال 97 بازمی‌گردد و در سه سال اخیر، کشورمان هیچ ثبت اختراعی در این حوزه نداشته است.
سیاست گذاری و برنامه‌ریزی پیش از آن‌که دیر شود
با توسعه فناوری کوانتوم، بسیاری از سامانههای رمزنگاری فعلی درهم خواهد شکست و انواع جدیدی از ارتباطات ایمن و حسگرهای بسیار دقیق را به وجود خواهد آورد.
چه در حوزه رایانههای کوانتومی و چه حسگرها و ارتباطات کوانتومی نیاز داریم که قبل از فراگیر شدن در کشور، آسیبهای آن را شناسایی کرده و با کمک محققان راههایی برای حل چالشهای احتمالی داشته باشیم.
این فناوری هم مثل هر فناوری دیگری دیر یا زود به کشور ما وارد می‌شود و نباید منتظر بمانیم تا بعد از فراگیری آن و بروز چالشها و مسائل جدید، آن‌وقت به فکر راهکار بیفتیم. مسأله مهم دیگری که باید به آن توجه شود برنامه‌ریزی و ایجاد سیاستی کلان برای استفاده از این فناوری جدید است.
در غیر این صورت ما از فناوری‌های روز جهانی عقب میمانیم و توان تامین محصولات کوانتومی که پیش‌بینی می‌شود تا سال 1405 در جهان فراگیر شود را نخواهیم داشت. فناوری کوانتومی مثل فناوری‌های دیگر نیست که بتوانیم در مدت کوتاهی در آن پیشرفت داشته باشیم زیرا تجهیزات مورد نیاز آن راحت و عادی به دست نمیآیند. برای مثال پردازندههای کوانتومی برای نگهداری و کار نیاز به شرایط خلأ و دماهایی بسیار پایین دارند.
خنک کنندههای این ابزارها یا ابررساناها و مشاهدهگرهای کوانتومی که در مراحل مختلف این فناروی به کار میروند نیاز به سرمایه گذاری و زمان دارند. بدون داشتن برنامه بلندمدت و سند چشمانداز شفاف، مراکز علمی و دانشگاهی از این فناوری مهم محروم خواهند ماند.
محاسبات رایانهای پیچیده در کوتاه‌ترین زمان ممکن
محاسبات و رایانش کوانتومی یک مدل محاسباتی جدید است که از قوانین مکانیک کوانتومی برای کنترل واحدهای اطلاعات کوانتومی پیروی می‌کند. با خاصیتهای منحصربه‌فردی که فضای اتمی و زیراتمی دارد نسل رایانههای جدید دگرگون خواهد شد کما این‌که تا امروز هم در بسیاری از مراکز علمی جهان ابررایانههای کوانتومی کمک میکنند تا معادلات ریاضی و محاسباتی در زمانی بسیار کوتاهتر از گذشته حل شود.
برای مثال انجام محاسبات برخی رشتهها هزاران سال زمان نیاز داشت تا به جواب برسد چون سرعت پردازش پردازندههای قدیمی رایانهای برای آن معادلات بسیار کند بود، درحالی‌که رایانه کوانتومی میتواند همان سؤال را در عرض چند ثانیه تا چند دقیقه محاسبه کند. به یافتن بهترین سیاست یا راهکار برای رسیدن به هدف یا حل مسأله با درنظرگرفتن همه محدودیتهای آن بهینه‌سازی میگویند.
برای مثال تصور کنید میخواهید کوتاه‌ترین و سریع‌ترین مسیر رسیدن از مبدا به مقصد در شبکه حمل‌ونقل، یا مناسبترین ترکیب برای تولید آلیاژ مورد نیاز صنعت را پیدا کنید. در چنین شرایطی رایانههای عادی نمیتوانند محاسبات دقیق با خطای کم را به شما ارائه دهند بنابراین ناچاریم با کمک فناوری‌های رایانش کوانتومی این مسائل را حل کنیم.
امنیت در تبادل اطلاعات و مبادلات ارزی
رمزگذاریهایی که برای امضای الکترونیک و گواهیهای الکترونیک به کار میرود همیشه نیاز به بهروزرسانی دارد. درصورتی‌که این به‌روزرسانی‌ها انجام نشود امنیت ملی اطلاعات مبادله‌شده در کشورها به خطر می‌افتد. برای چنین موضوعی نمی‌توان منتظر ماند و وقت را تلف کرد زیرا زمانی که کشورهای مختلف در این حوزه پیش بروند کشورهایی که سرعت کافی ندارند به‌شدت دچار مشکل میشوند. این مسأله به‌طور جدی امنیت مبادلات ارزی در بانکها را تحت تاثیر قرار میدهد بنابراین مجهز شدن به رمزگذاریهای کوانتومی در سال‌های آینده نیازی جدی خواهد بود.
شبیه‌سازی های علمی برای ساخت تجهیزات
شبیه‌سازی، از دیگر مسائلی است که در علوم پایه و فنی مهندسی بسیار ضروری است. شبیهسازیها در پروژههای صنعتی از گام‌های ابتدایی ساخت تجهیزات و امکانات است اما انجام برخی از این شبیهسازیها در رایانههای عادی غیرممکن است پس برای این حوزه هم به فناوری کوانتومی نیاز داریم. در نگاه اول همه این موارد ممکن است از زندگی روزمره ما فاصله زیادی داشته باشد اما وقتی بدانید همین شبیهسازیها در داروسازی، شیمی، فیزیک، متالورژی و... به کار میرود ضرورت دستیابی به این فناوریها برای‌مان ملموستر خواهد بود.
حسگرهای کوانتومی پرکاربرد در علوم مختلف
حسگرهای کوانتومی ابزارهایی هستند که در دستگاههای عکسبرداری از اعصاب بدن، رادارها و سامانههای مکانیاب مورد استفاده قرار می‌گیرند. نبود این حسگرها دقت این دستگاهها و تجهیزات را پایین میآورد و احتمال خطا را افزایش میدهد. به همین خاطر است که یکی دیگر از مهمترین حوزههای کاربردی فناوری کوانتومی حوزه حسگرها است. پزشکی، صنایع‌نظامی، زمین‌شناسی و... بدون وجود حسگرهای کوانتومی از علم روز دنیا عقب میماند و احتمال خطایش بیشتر می‌شود.
بی‌رغبتی و نبود بازار کار؛ سهم ایران از تحقیقات کوانتومی
غیر از اختراعات مرتبط با حوزه کوانتوم که چین در این حوزه طلایهدار جهان است، تولید مقاله و انجام پژوهش در این رابطه هم اهمیت زیادی دارد. چین در این حوزه هم رتبه یک را دارد و ژاپن و هند هم در میان کشورهای آسیایی جزو 10 کشور اول هستند. پس از آنها و در آسیا رژیم اشغالگر قدس با سهم 9/1درصدی در جایگاه هفدهم جهان قرار دارد و ایران با 04/0 درصدی رتبه سیودوم جهان را به خود اختصاص داده است. در بین کشورهای همسایه، ترکیه هم اوضاع خوبی ندارد و در جایگاه چهلم جهان قرار گرفته است. با نگاهی به دانشگاههایی که رشتههای اطلاعات کوانتومی و فوتونیک در آنها تدریس می‌شود میتوان فهمید چرا سهم ایران در این بین عددی قابل‌توجه نیست. از سوی دیگر وضعیت اقتصادی و نبود بستر مناسب برای فعالیت فارغالتحصیلان این رشتهها باعث شده که رغبت دانشجویان برای ورود به رشتههایی مثل فیزیک، شیمی، مهندسی شیمی، فناوری‌اطلاعات، ریاضیات و آمار که با گرایشهای کوانتومی در ارتباط نزدیک است کاهش پیدا کند. شورای عالی فضای مجازی در سند راهبردی جمهوری اسامی ایران مصوب ۸ شهریور ۱۴۰۱، طراحی نظام به‌کارگیری فناوری‌های نوین فضای مجازی از قبیل پردازش کوانتومی را وظیفه معاونت علمی و فناوری ریاست‌جمهوری تعیین کرده و تصویب نهایی این سند نیز به کمیسیون عالی تنظیم مقررات فضای مجازی سپرده شده است. بنابراین باید منتظر بود و دید معاونت علمی چه راهکارهایی برای تغییر جایگاه ایران در آسیا و جهان در حوزه فناوری‌های کوانتومی ارائه می‌کند.
مریم ملی - گروه دانش و سلامت
