رایانش کوانتومی؛ از نظریه تا آستانه کاربردهای واقعی

رایانش کوانتومی که توانایی بهره‌گیری از پدیده‌های زیراتمی را دارد، شاید برای بسیاری هنوز دور از دسترس به‌نظر برسد؛ اما این تصور نادرست است. پژوهش‌های اخیر ــ که بر پایه تحقیقات سه برنده نوبل فیزیک ۲۰۲۵، جان کلارک، میشل دوورِه و جان مارتینیس بنا شده‌اند ــ نشان می‌دهند که رایانه‌های کوانتومی هم‌اکنون در تحقیقات علمی مورد استفاده‌اند و کاربردهای واقعی آن‌ها ممکن است پیش از دستیابی به سامانه‌های بزرگ و کاملاً بدون خطا نمایان شوند.

برآوردها درباره زمان اثرگذاری این فناوری بر زندگی روزمره متفاوت است؛ از چند سال تا چند دهه. اما برخلاف تصور یک «لحظه جهش ناگهانی»، مسیر توسعه کوانتومی به‌صورت تدریجی و پیوسته پیش خواهد رفت؛ درست همان‌طور که هوش مصنوعی در حدود سال ۲۰۱۰ در آستانه کاربردی شدن بود، پیش از ظهور ابزارهایی چون AlphaFold یا چت‌بات‌های مولد.

فناوری کوانتومی نوید حل مسائل پیچیده‌ای را می‌دهد، از درک ساختار مولکول‌ها و مواد گرفته تا بررسی رفتار سیاه‌چاله‌ها. همچون شبکه‌های عصبی اولیه، این فناوری نیز اکنون بستری برای پژوهش و کشف علمی فراهم کرده است؛ برای نمونه، پژوهشگران دانشگاه هاروارد با استفاده از رایانه‌های کوانتومی پدیده‌هایی چون «زخم‌های چندجسمی کوانتومی» را کشف کرده‌اند که نشانه‌ای از نظم در دل آشوب کوانتومی است.

در حوزه کاربرد نیز نشانه‌های «برتری کوانتومی» در حال ظهور است؛ جایی که رایانه‌های کوانتومی می‌توانند مسائلی را حل کنند که فراتر از توان ابررایانه‌های کلاسیک است، از جمله در کشف دارو و طراحی مواد جدید. گوگل با پردازنده کوانتومی خود الگوریتمی را در چند دقیقه اجرا کرد که برای ابررایانه‌های امروزی ۱۰ سپتیلیون سال زمان می‌برد. افزون بر این، پیشرفت مهمی در تصحیح خطای زیرآستانه‌ای حاصل شد که یکی از چالش‌های دیرپای این حوزه بود.

تا امروز دست‌کم ۷۰ الگوریتم کوانتومی شناسایی شده‌اند که می‌توانند در ریاضیات، علم داده، شبیه‌سازی و یادگیری ماشین برتری چشمگیری نسبت به روش‌های کلاسیک ایجاد کنند. از میان آن‌ها، الگوریتم شور از دهه ۱۹۹۰ توجه عمومی را جلب کرده، زیرا می‌تواند بخش بزرگی از رمزنگاری‌های فعلی از جمله RSA-2048 را بشکند. برآوردها نشان می‌دهند که اندازه رایانه موردنیاز برای اجرای این الگوریتم ۲۰ برابر کمتر از تخمین‌های گذشته است، که اهمیت گذار به استانداردهای رمزنگاری پساکوانتومی را دوچندان می‌کند.

به احتمال زیاد، در پنج سال آینده شاهد نخستین کاربردهای واقعی این فناوری خواهیم بود، حتی پیش از آن‌که به رایانه‌های کوانتومی بزرگ و بدون خطا برسیم. برای بهره‌گیری از این فرصت، لازم است دولت‌ها در زیرساخت‌های کوانتومی مانند سامانه‌های سرمایش فوق‌سرد، الکترونیک تخصصی و شبکه‌های سازگار با کوانتوم سرمایه‌گذاری کنند. شرکت‌ها نیز باید بررسی کنند که این فناوری چگونه می‌تواند در صنعت آن‌ها تحول ایجاد کند ــ از شبیه‌سازی دقیق مولکول‌ها برای باتری‌های خودروهای برقی گرفته تا نیروگاه‌های همجوشی هسته‌ای.

در نهایت، افراد نیز باید به تأثیر کوانتوم بر مسیر شغلی خود بیندیشند؛ زیرا در آینده نزدیک به مهندسان، فناوران و توسعه‌دهندگان متخصص در حوزه‌های کوانتومی نیاز فزاینده‌ای وجود خواهد داشت. این همان مرز نوینی است که فرصت‌های شغلی و علمی نسل بعد را رقم خواهد زد.