۴ کشور پیشرو در فناوری کوانتوم؛ «امنیت» و «سلامت» در عصر جدید محاسبات

فناوری کوانتومی که در چند دهه اخیر به یکی از جالب‌ترین و پرآوازه‌ترین حوزه‌های علمی و صنعتی جهان تبدیل شده است، در مسیر تغییرات بنیادین در نحوه پردازش اطلاعات و حل مسائل پیچیده قرار دارد.

کد خبر: ۱۲۶۲۶۸۹

جمعه - ۲۶ ارديبهشت ۱۴۰۴ / May 16, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، این فناوری به‌ویژه در سال‌های اخیر با پیشرفت‌های چشمگیر و دستاورد‌های جدیدی که در حوزه‌های مختلف علمی و صنعتی حاصل شده، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. برای درک بهتر اهمیت این تحول، باید به این نکته توجه کرد که محاسبات کوانتومی نه‌تنها یک فناوری جدید در نظر گرفته می‌شود، بلکه به‌عنوان یکی از مفاهیم تحول‌آفرین در دنیای فناوری‌های نوین، پیشرفت‌های آن می‌تواند انقلابی در بسیاری از صنایع ایجاد کند.

در حالی که رایانه‌های کلاسیک با استفاده از بیت‌های صفر و یک اطلاعات را پردازش می‌کنند، محاسبات کوانتومی از «کیوبیت‌ها» (Quantum Bits) بهره می‌برد که قادرند به صورت همزمان در چندین حالت مختلف قرار گیرند. این ویژگی به رایانه‌های کوانتومی این امکان را می‌دهد که مسائل پیچیده‌ای را که برای رایانه‌های کلاسیک حل آنها دشوار یا غیرممکن است، در مدت‌زمان بسیار کوتاه‌تری حل کنند. در نتیجه، این فناوری می‌تواند به حل مسائلی بپردازد که با روش‌های سنتی نمی‌توان به آنها پاسخ داد. از جمله این مسائل می‌توان به موارد پیچیده‌تری مانند شبیه‌سازی‌های مولکولی در تحقیقات دارویی، پیش‌بینی‌های پیچیده در بازار‌های مالی و طراحی مواد جدید در علوم مواد اشاره کرد.

اما به‌رغم این ظرفیت‌های فوق‌العاده، همچنان فناوری کوانتومی در مراحل ابتدایی توسعه خود قرار دارد و هنوز برای دستیابی به مرحله‌ای که کاملاً کاربردی و مقاوم در برابر خطا باشد، نیاز به زمان و تحقیقات بیشتری است. با این حال، در سال‌های اخیر شاهد ظهور پیشرفت‌های قابل توجهی در این حوزه بوده‌ایم که نویدبخش نزدیک شدن به مرحله تجاری‌سازی و کاربرد عملی این فناوری در صنایع مختلف است. برای نمونه، در اواخر سال ۲۰۲۴، شرکت‌هایی نظیر گوگل، مایکروسافت و آی‌بی‌ام دستاورد‌هایی در زمینه ساخت پردازنده‌های کوانتومی اعلام کردند که نشان‌دهنده شروع یک دوره جدید در علم محاسبات است. این دستاورد‌ها نه تنها پیشرفت‌های علمی در عرصه محاسبات کوانتومی را نشان می‌دهند، بلکه بازتاب‌دهنده ظرفیت‌های بالقوه‌ای هستند که در حال حاضر در صنایع مختلف ظهور یافته‌اند.

مهر در این نوشتار کوتاه به بررسی وضعیت فناوری کوانتومی در سال ۲۰۲۵ می‌پردازد. این بررسی شامل تحلیل دستاورد‌های اخیر، چالش‌های موجود در مسیر توسعه این فناوری و کاربرد‌های آن در صنعت و تجارت خواهد بود.

نگاه کلی به تحول در محاسبات کوانتومی

همان طور که ذکر شد، فناوری کوانتومی، برخلاف رایانه‌های کلاسیک که اطلاعات را به صورت بیت‌های صفر و یک پردازش می‌کنند، از کیوبیت‌ها (کوانتوم بیت‌ها) برای انجام محاسبات استفاده می‌کند. این کیوبیت‌ها قادرند ویژگی‌های عجیب و پیچیده‌ای را برای پردازش اطلاعات به کار گیرند که برای رایانه‌های سنتی غیرممکن است. در سال ۲۰۲۴، شرکت‌هایی از جمله گوگل، مایکروسافت و آی‌بی‌ام، پیشرفت‌های بزرگی در توسعه سخت‌افزار و الگوریتم‌های کوانتومی اعلام کردند که مبین ورود این فناوری به مراحل عملیاتی و کاربردی است.

یکی از مهم‌ترین تحولات در این زمینه، اعلام ساخت چیپ‌های مبتنی بر کیوبیت‌های توپولوژیکی (Topological Qubits) از سوی شرکت فناوری مایکروسافت بود. چیپ‌های مذکور با استفاده از ذراتی به نام «مادیورانا» (Majorana Fermions)، از ویژگی‌های جدیدی برای کاهش خطا و بهبود مقیاس‌پذیری بهره می‌برند. این دستاورد می‌تواند به شکل قابل توجهی سرعت دستیابی به رایانه‌های کوانتومی کاربردی را افزایش دهد.

کاربرد‌های فناوری کوانتومی دنیای واقعی و صنعت

محاسبات کوانتومی تا سال ۲۰۲۵ به مرحله‌ای رسیده‌اند که دیگر تنها در دنیای تئوری و آزمایشگاه‌ها مورد بررسی قرار نمی‌گیرد و کاربرد‌های عملی و تجاری آن در حال گسترش است. در صنایع مختلف، از جمله داروسازی، هوافضا، انرژی و امنیت ملی، پیشرفت‌های قابل توجهی در حال رخ دادن است. به طور مثال، شرکت‌های داروسازی در حال استفاده از قدرت محاسبات کوانتومی برای کشف دارو‌های جدید و بهینه‌سازی مولکول‌ها هستند. به عقیده کارشناسان، به کارگیری این فناوری می‌تواند سرعت تحقیقات دارویی را به طور چشمگیری افزایش دهد.

همچنین در صنعت هوافضا، شرکت‌ها از محاسبات کوانتومی برای بهبود عملکرد کاتالیزور‌های سلول‌های سوختی هیدروژنی و باتری‌های الکتریکی استفاده می‌کنند. این پیشرفت‌ها در زمینه بهبود کارایی انرژی و کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای می‌تواند به تغییرات اساسی در صنعت حمل و نقل هوایی و خودروسازی منجر شود.

چالش‌ها و موانع در مسیر توسعه فناوری کوانتومی

اگرچه پیشرفت‌های بزرگی در زمینه محاسبات کوانتومی صورت گرفته است، اما هنوز چالش‌های زیادی بر سر راه رسیدن به رایانه‌های کوانتومی کاملاً کاربردی و مقاوم در برابر خطا وجود دارد. یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها، مشکل «خطای کوانتومی» است که می‌تواند به دقت محاسبات آسیب وارد کند. تحقیقات در زمینه بهبود دقت و رفع خطا در عملیات کوانتومی همچنان در حال پیشرفت است، اما برای دستیابی به رایانه‌های کوانتومی قابل اعتماد، نیاز به زمان و منابع بیشتر وجود دارد.

علاوه بر این، مقیاس‌پذیری و هزینه‌های توسعه فناوری کوانتومی نیز از دیگر موانع مهم در این مسیر محسوب می‌شود. ساخت یک رایانه کوانتومی با تعداد زیادی کیوبیت برای انجام محاسبات پیچیده نیازمند منابع محاسباتی بسیار بالا و زیرساخت‌های پیچیده است که می‌تواند در کوتاه‌مدت قابل تحقق نباشد.

فرصت‌های اقتصادی و تجاری توسعه فناوری کوانتومی

به عقیده بسیاری از متخصصان، فناوری کوانتومی نه تنها یک ابزار محاسباتی جدید است، بلکه این امکان را دارد که به یک «مزیت رقابتی» برای کشور‌های پیشرفته و شرکت‌های فعال در این حوزه تبدیل شود. سرمایه‌گذاری در حوزه تحقیق و توسعه فناوری کوانتومی، می‌تواند به نوآوری در بخش‌های مختلف اقتصادی منجر شود و در نهایت به رشد پایدار و توسعه اقتصادی کشور‌ها کمک کند. برای درک بهتر این مزیت، می‌توان به نقش تحول آفرین فناوری کوانتومی در حوزه اقتصاد و صنعت اشاره کرد. در بخش مالی، محاسبات کوانتومی پیش‌بینی‌های دقیق‌تر از تغییرات بازار را میسر می‌سازد و در صنعت مواد، طراحی مواد جدید با ویژگی‌های خاص را تسهیل می‌نماید.

در حال حاضر و در سطح جهانی، کشور‌های مختلف به شدت در حال سرمایه‌گذاری در حوزه تحقیق و توسعه فناوری کوانتومی هستند. چین، ایالات متحده، آلمان و کره جنوبی از جمله کشور‌های پیشرو در این زمینه به شمار می‌روند. در چنین شرایطی، رقابت در این حوزه نه تنها برای دستیابی به فناوری‌های نوین بلکه برای جذب نخبگان علمی و پژوهشی نیز شدت گرفته است. از همین روی، کشور‌هایی که بتوانند در توسعه فناوری کوانتومی پیشتاز باشند، قادر خواهند بود در زمینه‌هایی، چون امنیت سایبری، پیش‌بینی‌های اقتصادی و دفاع ملی به مزیت‌های قابل توجهی دست یابند.

سال ۲۰۲۵؛ نقطه بلوغ نسبی فناوری کوانتومی

بر اساس برآورد‌های صورت گرفته، فناوری کوانتومی در سال ۲۰۲۵ به نقطه‌ای رسیده است که می‌توان آن را به عنوان یک نقطه عطف در تاریخ توسعه فناوری‌های نوین دانست. هرچند که هنوز چالش‌های فنی و عملیاتی زیادی در مسیر تبدیل رایانه‌های کوانتومی به ابزار‌های قابل اعتماد و کاربردی وجود دارد، پیشرفت‌های اخیر در این حوزه بیانگر تغییرات عمده‌ای در نحوه تفکر و رفتار در صنعت و علم است. این پیشرفت‌ها تنها به محدوده‌های تحقیقاتی محدود نشده‌اند، بلکه وارد دنیای واقعی و تجاری شده‌اند و شروع به تأثیرگذاری در صنایع مختلف کرده‌اند.

یکی از نکات مهمی که در این مسیر باید مد نظر قرار گیرد این است که فناوری کوانتومی به دلیل ویژگی‌های خاص خود، نه تنها به عنوان یک ابزار محاسباتی جدید، بلکه به‌عنوان یک «مزیت رقابتی» برای کشور‌ها و شرکت‌ها مطرح می‌شود. همان‌طور که در دنیای امروز، سرمایه‌گذاری در زمینه تحقیق و توسعه فناوری‌های پیشرفته مانند هوش مصنوعی و بلاک‌چین به یکی از ارکان قدرت اقتصادی و سیاسی تبدیل شده است، فناوری کوانتومی نیز در آینده‌ای نه‌چندان دور، به ابزاری استراتژیک تبدیل خواهد شد و کشور‌های پیشرو در این زمینه نه تنها به مزایای اقتصادی، بلکه به تسلط بر استاندارد‌های نوین و چالش‌های امنیتی جهانی خواهند رسید.

جمع‌بندی

با عنایت به این که فناوری کوانتومی در حال گذراندن مراحل مختلف توسعه خود است، کشور‌های پیشرفته‌ای که بتوانند به سرعت در این حوزه سرمایه‌گذاری کنند و نخبگان علمی و پژوهشی را جذب کنند، قادر خواهند بود از پتانسیل‌های عظیم این فناوری بهره‌برداری کنند. این کشور‌ها می‌توانند با توجه به نیاز‌های بومی و استراتژیک خود، از این فناوری برای حل مسائل پیچیده‌ای، چون پیش‌بینی‌های اقتصادی، شبیه‌سازی‌های مولکولی برای داروسازی، بهینه‌سازی‌های تولید و انرژی و حتی بهبود فرآیند‌های دفاعی و امنیتی بهره گیرند. همچنین، در صورتی غفلت کشور‌ها از رقابت در این حوزه، ممکن است ناگزیر مجبور به وابستگی به دیگر کشور‌ها شوند.

محاسبات کوانتومی در سطح صنعتی، می‌تواند به یک موتور تحول و نوآوری در بسیاری از صنایع تبدیل شود. در صنایع دارویی، به‌ویژه در فرآیند کشف دارو‌های جدید و طراحی مولکول‌ها، این فناوری پتانسیل ارائه راه‌حل‌های سریع‌تر و دقیق‌تر را دارد. در بخش مالی، محاسبات کوانتومی این قابلیت را دارد که پیچیدگی‌های مدل‌های اقتصادی و پیش‌بینی‌های بازار را با دقت بیشتری تحلیل کند. همچنین در صنایع حمل‌ونقل، انرژی و حتی کشاورزی، این فناوری می‌تواند به بهینه‌سازی فرآیند‌ها و افزایش کارایی کمک کند.

اینکه محاسبات کوانتومی می‌تواند برای تغییرات در صنایع مختلف به موتور رشد تبدیل شود، به این معنی است که نه تنها در بخش‌های خاصی از بازار، بلکه در کل اقتصاد جهانی تأثیرگذار خواهد بود. از همین روی، شرکت‌هایی که به سرعت به این فناوری روی آورده و آن را در فرایند‌های خود ادغام کنند، می‌توانند از مزایای آن بهره‌برداری کنند و موقعیت خود را به عنوان رهبران صنعتی و نوآوران در بازار جهانی تقویت نمایند.

در نهایت، همانطور که در گذشته شاهد تأثیرات انقلابی فناوری‌هایی، چون اینترنت و هوش مصنوعی بر جهان بوده‌ایم، کارشناسان معتقدند که محاسبات کوانتومی نیز می‌تواند به شکلی مشابه دنیای فناوری را تغییر دهد. تغییراتی که در ابتدا ممکن است در پشت صحنه و در مقیاس‌های کوچک آغاز شود، به‌زودی به تحولی بزرگ در دنیای تجارت و علم تبدیل خواهد شد. این در حالی است که برای بهره‌برداری کامل از این فناوری، نیاز به سرمایه‌گذاری‌های مستمر، تحقیقات پیشرفته و تربیت نیروی انسانی متخصص وجود دارد. کشورها، دولت‌ها و بخش‌های خصوصی باید از هم‌اکنون به صورت جدی در زمینه توسعه این فناوری برای آینده‌ای که در آن محاسبات کوانتومی در زندگی روزمره به‌کار گرفته می‌شود، گام بردارند.