کوانتوم سقف رقابت جهان برای کسب آینده
© iStock.com / PhonlamaiPhoto
اشتراک
فناوری‌های کوانتومی از مهمترین فناوری‌های قرن ۲۱ در کنار هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی به شمار می روند که در حال ایجاد انقلاب شگرفی در علوم و فناوری است.
امروزه تکنولوژی کوانتوم یکی از عرصه های پیشرفت در فن آوری است که جهان به خود دیده و به دارنده آن قدرت فوق العاده می بخشد. این فن آوری در عرصه نظامی یکی از مهمترین ابزارهای بالا دستی صنایع نظامی نوین است و در عرصه اقتصادی پایه اصلی پیشرفت صنایع مختلف به وسژه صنایع الکترونیکی است و در زمینه کشاورزی یکی از پایه های اصلی پایداری امنیت غذایی در هر کشور است. از آنجا که این عرصه بابخش های متعددی از دانش ها در تعامل و ارتباط مستقیم دارد هرگونه پیشرفت در این زمینه ها، سطح صنایع دانش بنیان آن کشور را نیز بالا می برد.
فناوری‌های کوانتومی از مهمترین فناوری‌های قرن ۲۱ در کنار هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی به شمار می روند که در حال ایجاد انقلاب شگرفی در علوم و فناوری است. فناوری‌های کوانتومی بر مبنای استفاده از اصول فیزیک کوانتومی در جهت کنترل سیستم‌های میکروسکوپیک منفرد (مانند تک اتم یا تک فوتون) یا بس ذره‌ای (مانند اتم‌های به دام افتاده در شبکه‌های اپتیکی) بنا شده اند. در فناوری‌های کوانتومی از اصول و پدیده‌هایی نظیر درهم‌تنیدگی، اصل عدم قطعیت و اصل بر هم نهی حالت های کوانتومی استوار با هدف افزایش ظرفیت، سرعت، دقت و امنیت در صنایع مختلف است. این فناوری‌ها ما را قادر می‌سازند به ابزارهای بسیار دقیق از آنچه فیزیک کلاسیک پیش بینی می کند دست پیدا کنیم. این دانش متکی به نقاط کوانتومی کلوئیدی که با پرتو اشعه فرا بنفش و تابش آن، نقاط مختلف کوانتومی را به علت محدودیت کوانتومی به ساطع کردن نورهای متفاوتی از خود وادار می سازد.
به عبارت دیگر عرصه کوانتوم یکی از زمینه‌های نوظهور فیزیک و مهندسی است که بر اصول مکانیک کوانتومی متکی است. رایانش کوانتومی، حسگرهای کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی، شبیه سازی کوانتومی، اندازه شناسی کوانتومی و تصویرگر کوانتومی همه نمونه‌هایی از فناوری‌های کوانتومی اند که در جایی به کار گرفته می شود که ویژگی‌های مکانیک کوانتومی، به ویژه درهم تنیدگی کوانتومی، برهم‌نهی کوانتومی و تونل زنی کوانتومی مورد نیاز است.
به اعتقاد دانشمندان اگر کشوری به فناوری کوانتومی دست پیدا کند بزرگترین قدرت دنیا خواهد بود/ الآن آمریکا، چین و تا حدودی هندوستان این قدرت را پیدا کرده‌اند و اگر بخواهیم چهارمین کشور را نام ببرم، ایران است. رژیم صهیونیستی، عربستان، امارات و ترکیه کارهایی را در این زمینه شروع کرده‌اند و در ابتدای راه اند، ولی در منطقه هیچ کشوری مانند ایران نیست که به کوانتوم بیولوژی، مخابرات کوانتومی، حس گر کوانتومی، کامپیوتر کوانتومی و هوش مصنوعی کوانتومی به دانش و فناوری و یا حتی سر حد آن رسیده باشد.
چند سال است دانشمندان ایرانی مشغول هستند و دارند در این زمینه کار می‌کنند. جنگ نظامی با حزب بعث و صدام و نیز با داعش، جنگ نبود؛ جنگ واقعی، جنگ کوانتومی است. کوانتوم یک دنیایی است و یکی از ابعاد آن کوانتوم بیولوژی است. اگر کشوری این قدرت را پیدا کند می تواند با این فناوری کاری کند که هیچ کدام از بذر گندم‌ها ثمر ندهد که کشاورز در زمین می کارد. اگر ما دانش کوانتوم بیولوژی را داشته باشیم، در برابر اینگونه حملات دشمن بر امنیت غذایی می توانیم مقاومت کنیم.
متخصصان سازمان انرژی اتمی ایران در سال ۱۳۹۷، موفق شدند 50 الی ۱۰۰ فوتون در هم تنیده در ثانیه را تولید کنند. امسال نیز متخصصان این سازمان در فاصله ۳۰۰ متری این کار را انجام دادند و توانستند یک میلیون و ۳۰۰ هزار فوتون در هم تنیده در ثانیه تولید کنند. بهمن ماه سال 1399 بود که این کار در فاصله یک هزار و ۶۵۰ متری و اختلاف ۳۰۰ متری میلیون‌ها فوتون جفت شده تولید شدند، اما ۹۰ فوتون بین این دو فاصله به صورت قابل استفاده برقرار شد و بقیه از بین رفتند. این ازمایشها همچنان با قدرت ادامه دارد و ایران نمی خواهد در این عرصه از دیگر قدرت های جهانی عقب بماند.
شاید این سئوال پیش می آید که فن آوریهای کوانتومی چه نقشی در زندگی مردم دارد . امروزه رمزنگاری کلاسیک که برای ارسال داده‌ها امن از آن استفاده می‌شود و امنیت آن به میزان دشواری حل مسئله‌های ریاضی وابسته است یکی از محورهای این تحقیقات است. با ظهور رایانه‌های کوانتومی امنیت اطلاعات و انتقال اطلاعات در منطقه خطر جدی قرار خواهد گرفت. عدم آمادگی در مواجهه با این فناوری امکان هک کردن سایت‌های اینترنتی، بانک‌ها، رمز‌های عبور و شنود را نیز پیش می آورد. اساس امنیت در ارتباطات کوانتومی خلاف ارتباطات کلاسیک بر پایه اصول فیزیک کوانتومی حاکم بر نظام عالم بنا شده است.
هدف از توسعه فناوری‌های کوانتومی در حوزه ارتباطات، تولید و استفاده از حالت‌های کوانتومی برای ایجاد شیوه های ارتباطی امن با کاربرد‌های ارتباطات قابل اعتماد و امن، ماهواره کوانتومی، ایجاد اینترنت کوانتومی است. ساعت اتمی با پایداری ۱۰ به توان -۱۸، ژیروسکوپ کوانتومی، پیش بینی زلزله و ردیابی تغییرات زیست محیطی، افزایش فوق العاده دقت حملات موشکی، ناوبری هواپیما‌ها و پهپادها، مغناطیس سنج و گرانش سنج کوانتومی، رادار کوانتومی برای تشخیص و رهگیری هواپیما‌های رادارگریز، افزایش دقت و بُعد پروازی پهپادها، یافتن مخازن آب‌های زیرزمینی، منابع نفتی، انبار‌های مخفی زیرزمینی، مین یابی و بسیاری کاربرد‌های دیگر.
همچنین زیست شناسی کوانتومی علم مطالعه کاربرد‌های مکانیک کوانتومی در سامانه‌های زیستی اهمیت دارد. پدیده‌های کوانتومی نظیر همدوسی، در هم تنیدگی و برهم نهی کوانتومی موفق به توضیح مکانیزم عملکرد برخی از فرآیند‌های زیستی ماکروسکوپی شده اند که بیش از این دانشمندان قادر به توصیف آن نبوده‌اند. فرآیند‌های بیولوژیکی مانند ردیابی مغناطیسی مهاجرت پرندگان، عملکرد آنزیم‌ها، چگونگی عملکرد حس بویایی، بازده کامل فرآیند فتوسنتز، مکانیزم کوانتومی سرطان و جهش‌های ژنی در ساخت دیگر از جمله مکانیزم‌های زیستی هستند که دراین علم به آن می پردازد.
یکی از حوزه‌های کاربردی مهم، چشمه‌های نور کوانتومی که به دلیل دارا بودن درجه بالایی از درهم تنیدگی در اندازه گیری‌های بیولوژیکی با وضوح بالا به شمار می رود.علیرغم یک قرن مطالعه سیستم‌های بیولوژیکی با استفاده از روش‌های کلاسیک متداول، هنوز مکانیزم یک سلول زنده به صورت یک راز بزرگ باقی مانده است.
امروزه اندازه گیری‌های بیولوژیک بر پایه اپتیک کوانتومی بهبود یافته‌اند و درک بسیاری از پدیده‌های مشاهده ناپذیر مانند ردیابی حرکت بیولوژیکی با مقیاس نانو، تصویربرداری فوق دقیق بافت‌های زیستی، سلول خورشیدی با بازده بالا، دارو‌های کوانتومی، اسکنر کوانتومی سلول‌های بنیادی، دستیابی به برخی از کوچکترین اجزای یک سلول، حسگرهای مولکولی، حسگرهای فوق حساس مغناطیسی زیستی، مقطع نگاری فوق پیشرفته کوانتومی از چشم و طیف سنجی کوانتومی را تا حدی ممکن می‌سازد.
