• ارسال به دوستان
نام ارسال کننده :  
ایمیل ارسال کننده:
نام دریافت کننده :
ایمیل دریافت کننده :  
موضوع ایمیل :
کد تصویری :
 
مصاحبه
08:03:02 - 1397/5/7 يكشنبه
فناوری های کوانتومی؛ نیاز آینده بشر
به بهانه فعالیت مرکز ملی فناوری های کوانتومی در سازمان انرژی اتمی؛ فناوری های کوانتومی؛ نیاز آینده بشر

در روزهای اخیر متخصصین مرکز ملی فناوری های کوانتومی ایران که در سازمان انرژی اتمی ایران مستقر است، سوالات خبرگزاری میزان را درباره تعاریف، جنبه ها و کاربردهای مختلف و ارزشمند این فناوری آینده بشر پاسخ گفتند. همانطور که در متن ذکر شده است، فعالیت در توسعه فناوری های کوانتومی مستقیماً ارتباطی به فعالیت های هسته ای کشور ندارد، اما از جهت ایجاد این فناوری در سازمان باید گفت سازمان انرژی اتمی به دلیل در اختیار داشتن دانشمندان و متخصصانی زبده در حوزه های مختلف علمی و فناوری از جمله فیزیک، شیمی، الکترونیک، پزشکی و بسیاری رشته های دیگر بطور بالقوه قابلیت فعالیت و پژوهش در علوم جدید و پیشرفته را دارد. فناوری کوانتومی نیز همچون فناوری هسته ای از علوم بین رشته ای بهره می برد و به همین دلیل کاربردهای زیادی در علوم مختلف دارند. از زاویه دیگر استانداردهای بسیار بالای علوم و فناوری هسته ای قابلیت فعالیت و انجام آزمایشات سطح بالا در علوم جدید و پیشرفته را ممکن می سازد. همانگونه که رشد و توسعه حوزه هسته ای منجر به رشد و توسعه صنایع و فناوری های دیگر کشور شده است. شاید بتوان گفت انتقال امن اطلاعات که در حوزه هسته ای بسیار حائز اهمیت است، کمترین و ساده ترین انتظار از بهره برداری از فناوری های کوانتومی در فناوری های هسته ای باشد
 

برای ورود به بحث ابتدا درباره حوزه کوانتوم توضیح جامع و ساده بفرمایید؟

 علم کوانتوم به مطالعه پدیده ها و ویژگی های سیستم های اتمی و زیر اتمی می پردازد. با استفاده از نظریه کوانتومی می توان خواص اتم ها، مولکول ها و مواد را به طور دقیق محاسبه نمود. پیشرفت های عظیم در علم شیمی، فیزیک، پزشکی ، ارتباطات و.. مرهون توسعه ابزارهایی است که پس از پیدایش این علم و در ارتباط با آن ساخته شده است.

مثلاً

 به عنوان نمونه در فیزیک نظری، مکانیک کوانتومی به توصیف ساختار الکترونی مولکول ها و بررسی اندرکنش های مولکولی می پردازد. حوزه ی کوانتوم، پایه و اساس بسیاری از فناوری های نوین است. با ورود فناوری کوانتومی در حوزه های کاربردی مختلف، تحولی عظیم در بعد ظرفیت، حساسیت و سرعت( که عاملی تعیین کننده در موفقیت بسیاری از صنایع است) احساس می گردد.


منظور از فناوری های کوانتومی چیست؟

 فناوری های کوانتومی ، فناوری هایی هستند که از ویژگی های موجود در در سطح کوانتومی (مقیاس ذرات بنیادی مانند الکترون ها و فوتون ها) استفاده می کنند. فناوری های کوانتومی در بسیاری از اکتشافات و اختراعات قرن اخیر نقشی کلیدی ایفاء می کنند. از جمله حوزه های کاربردی فناوری کوانتومی می توان به حوزه ارتباطات، حسگرها و زیست شناسی کوانتومی اشاره نمود.


چه فناوری هایی نسل اولی و چه فناوری هایی نسل دومی هستند؟

 می توان به محصولاتی همچون لیزرها، ساعت های اتمی، موقعیت یاب های ماهواره ای و به صورت خاص در زمینه الکترونیک، به رایانه ها، ارتباطات اینترنتی و تلفن همراه اشاره نمود. این فناوری ها به اولین نسل فناوری کوانتومی موسوم است. نسل دوم فناوری های کوانتومی از پدیده‌های کوانتومی همچون برهم‌ نهی و درهم  تنیدگی سرچشمه می گیرد، که کاربردهای متحول‌کننده‌ای را از محصولات زودبازده گرفته تا فناوری های جدیدی که برای توسعه و تحقیق به بیش از چند دهه نیازمندند، در بر می‌گیرد. پدیده درهم تنیدگی کوانتومی، ارتباط و برهمکنش سیستم هایی که دور از یکدیگر قرار دارند را امکان پذیر می سازد.


درباره محصولات نهایی فناوری های کوانتومی نسل دوم به چه مواردی می توان اشاره کرد؟

 از جمله محصولات نهایی حاصل از نسل دوم فناوری های کوانتومی می توان به رایانه های کوانتومی اشاره نمود، که می‌تواند در مدت چند دقیقه به حل مسائلی بپردازند که توسط ابررایانههای کنونی قابل انجام نیستند. یک پردازنده ی کوانتومی قادر است برای به دست آوردن نتایج همزمان جایگشت یک عدد بزرگ، از پدیده برهم نهی کوانتومی بهره گیرد. حوزه کوانتوم، پتانسیل بسیار عظیمی در حل مسائل دشوار امروزی مانند شبیه سازی، پاسخ بدن به داروها، پیش بینی الگوهای آب و هوایی یا آنالیز داده‌های پایگاه‌های اطلاعاتی بزرگ، ارتباطات امن و... دارد.


فوتون هاچه نقشی در حوزه کوانتوم دارند؟

  فوتون در واقع کوانتوم تابش الکترو مغناطیسی است. نور از بسته های انرژی به نام فوتون تشکیل شده است. مبحث کوانتوم نور به اواخر قرن نوزدهم میلادی بر می گردد یعنی زمانی که پلانک به منظور توصیف فیزیکی طیف  تابش جسم سیاه، از مفهوم فوتون بهره برد. پس از آن اینشتین با به کارگیری مفهوم فوتون موفق به کشف پدیده فوتو الکتریک شد. به دنبال آن بور، دریافت که اتم ها نیز مقادیر گسسته ای از انرژی  را جذب یا گسیل می کنند و علم اپتیک کوانتومی که به عنوان یکی از مهمترین علوم کوانتومی محسوب می شود و به برهم کنش میان نور و ماده می پردازد، شکل گرفت.


فوتون ها در کجا و چه کاربردی دارند؟

  فوتون ها در تمام شاخه های فناوری کوانتومی مانند محاسبات کوانتومی، اطلاعات کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی، فرابرد و بیولوژی کوانتومی نقش کلیدی ایفا می کنند. درهم تنیدگی کوانتومی بین  فوتون ها و همچنین ذرات، به عنوان قلب فناوری کوانتومی شناخته می شود و یک فناوری ضروری برای کاوش و توسعه تکنولوژی هایی است که بر اساس نسل جدید فیزیک کوانتوم بنا شده اند.


یکی از کاربردهای فوتون ها در عرصه ارتباطات هست؛ درباره چگونگی این مهم بفرمایید؟

 در ارتباطات کوانتومی، اطلاعاتی که باید مخابره شود روی فوتون ها سوار می شود و سپس در فضای آزاد و یا فیبر نوری با ضریب اتلاف اطلاعات پایین، انتقال می یابد. در مخابرات کوانتومی از فوتون های در هم تنیده بهره گرفته می شود که منجر به افزایش سرعت، امنیت و ظرفیت انتقال داده ها می شود. در مخابرات کلاسیکی ما با اتلاف اطلاعات و همچنین عدم امنیت در ارتباطات مواجه می شویم، اما در مخابرات کوانتومی می توان با استفاده از فوتون ها در پدیده فرابرد کوانتومی، اتلاف اطلاعات و امنیت ارتباطات را بهینه سازی نماییم. در انتقال اطلاعات کوانتومی، به جای بیت ها از کیوبیت ها استفاده می شود. کیوبیت واحد پایه پردزاش کوانتومی و رمز نگاری کوانتومی است .


با عنایت به این توضیحات، حوزه ارتباطات و اطلاع رسانی با پیشرفت دانش هسته ایی با تمرکز بر حوزه کوانتوم چه آینده ای خواهد داشت؟

  اینکه برای توجیه فعالیت های سازمان در توسعه فناوری کوانتومی، صرفاً به دنبال ارتباط فناوری کوانتوم و دانش هسته ای کشور باشیم، اشتباه است. سازمان انرژی اتمی اگرچه بر فعالیتهای هسته ای (تولید انرژی و کاربردهای دیگر شکافت و گداخت) متمرکز است، ولی ماموریت های دیگری در حوزه اتمی (مانند لیزر) و ذرات بنیادی  برای این مجموعه قابل تعریف است. از طرفی از آنجایی که مجموعه سازمان انرژی اتمی بسیاری از متخصصان در زمینه های تحصیلی مختلف (علوم و مهندسی) را در اختیار دارد، بهترین مجموعه برای شروع فعالیت های علمی در زمینه فناوری کوانتومی در کشور است.


این موضوع در امنیت اطلاعات چه نقشی دارد؟

از اولویت های فناوری کوانتومی، توسعه ارتباطات امن کوانتومی است که نه تنها در زمینه دانش هسته ای بلکه در تمامی زمینه ها می تواند حافظ اسرار ملی و اطلاعات طبقه بندی شده باشد که البته با توجه به حساسیت های موجود در حوزه دانش هسته ای، سرمایه گذاری در این خصوص باید از اولویت های سازمان انرژی اتمی باشد.


وضعیت فعلی جمهوری اسلامی ایران چگونه است؟

 در بررسی وضعیت کنونی کشور ایران در حوزه فناوری های کوانتومی می توان گفت مطالعات و تلاش های پراکنده ای در این زمینه در دانشگاه های کشور، عمدتاً در قالب پایان نامه های دانشجویی و مقالات تئوری، انجام شده  است که با توجه به عوامل زیر، مقایسه کشورمان با مراکز پیشرفته دنیا در زمینه فناوری کوانتومی کاری ناموفق به نظر می رسد.

     نوظهور بودن این فناوری در جهان و به خصوص در کشور

      یکپارچه نبودن پژوهش ها در این حوزه

      عدم دسترسی به اطلاعات و داده های معتبر

      عدم وجود انجمن های تخصصی در حوزه فناوری های کوانتومی

      عدم تخصیص بودجه جداگانه به پژوهش ها در حوزه فناوری های کوانتومی

علی رغم وجود شکاف بزرگ در زمینه تحقیق و توسعه فناوری های کوانتومی میان کشورمان با سایر کشورهای پیشرفته، جهت دست یافتن به موقعیت برتر در منطقه و شکل گیری یک قطب علمی در جهان اسلام یک برنامه ریزی متفکرانه و سرمایه گذاری ملی، امری بسیار ضروری به نظر می رسد.


اروپا چه وضعیتی دارد؟

 سرمایه گذاری مستمر توسط کشورهای عضو و کمیسیون اروپا در بیش از دو دهه گذشته، اروپا را در یک موقعیت توانمند قرار داده  است. در 15 سال گذشته کمیسیون اروپا 350 میلیون یورو در فناوری های کوانتومی و علوم اطلاعات کوانتومی هزینه کرده  است. کسب دستاوردهایی مانند جایزه نوبل و برتری در تعداد مقالات و کیفیت آن ها علی رغم پایین بودن تعداد ثبت اختراعات، باعث شده تا بر روی تجاری سازی و توسعه کاربردهای فناوری های کوانتومی تلاش شود. به منظور شتاب بخشیدن به توسعة فناوری های کوانتومی و تولید محصولات تجاری برای بازارهای عمومی و خصوصی، یک برنامة بلندمدّت، مرکّب از آموزش، علم، مهندسی و نوآوری در سراسر اروپا برای شکوفایی کامل ظرفیت های فناوری های کوانتومی در نظرگرفته‌ شده ‌است. این برنامة فراگیر اروپا، تیم‌های تحقیقاتی و بازیگران صنعت مربوطه را در قالب یک نقشه ی راه با مجموعه ی اهداف مشترک، در نظر می گیرد، به‌نحوی که پژوهش های فناوری کوانتومی بلندمدّت، با سرمایه-گذاری های مکمل در برنامه های کوتاه مدّت، هماهنگی و تعادل داشته باشد.


ایران چه فعالیتی در این حوزه شروع کرده است؟

: در این راستا سازمان انرژی اتمی جمهوری اسلامی ایران با استفاده از متخصصان داخلی و ایجاد زیر ساخت های لازم به منظور رفع نیازهای کشور و توسعه علوم جدید، اقدام به راه اندازی مرکز ملی فناوری های کوانتومی ایران نموده است.


نسخه قابل چاپ