04 آگوست 2020 توسط Fintan Burke دانشمندان مرکز علم و فناوری کوانتومی مونیخ که روی شبیه ساز کوانتومی مستقر در اتمهای فوق سرد در شبکه های نوری کار می کنند .عکس Jan Greune
والریا بارتچ برای اولین بار در کنفرانس سال 2018 در فرانکفورت ، جایی که شرکت استارتاپی ایالات متحده Rigetti Computing ، محصولات خود را در نمایشگاه تجاری همراه نمایش می داد ، فناوری کوانتومی را در عمل دید.
در غرفه اسپارتان ، بارتس توانست یک لپ تاپ را برای اولین بار مشاهده کند که یک برنامه ساده را از طریق یک کامپیوتر کوانتومی در کالیفرنیا اجرا می کند.
او گفت: “خیلی شگفت انگیز بود.” برای او این امر اثباتی بود بر اینكه علم كوانتوم در حال شروع به خروج از آزمایشگاه و ورود به جریان اصلی است ، که نوید و احتمال استفاده واقعی از كامپیوترهای فوق سریع و رمزگذاری فوق العاده ایمن را در آینده نه چندان دور افزایش می دهد.
امروز ، او به عنوان مدیر ارشد تحقیق و توسعه در گروه تحقیقاتی ریاضیات صنعتی در مرکز تعالی Fraunhofer برای محاسبات با عملکرد بالا در Kaiserslautern ، درگیر یک تلاش برجسته به رهبری آلمان برای کمک به اروپا در کنار آمدن با ایالات متحده ، چین و دیگران در این رشته است. در ژوئیه ، دولت آلمان 2 میلیارد یورو بودجه برای طرحهای کوانتومی را اعلام کرد و برنامه های اتحادیه اروپا را برای انجام 1 میلیارد یورو سرمایه گذاری تا سال 2028 تکمیل کرد. علاوه بر این ، نوزده کشور اتحادیه اروپا برای توسعه زیرساخت های ارتباطی کوانتومی مشترک در سراسر قاره ، توافق نامه ای را امضا کرده اند.
در این زمینه زمینه های قابل توجهی برای پوشش وجود دارد. براساس اظهار مرکز تحقیقات مشترک اتحادیه اروپا ، بین 1991 و اوایل سال 2017 ایالات متحده و ژاپن به ترتیب حدود 500 و 200 اختراع ثبت شده در این زمینه دارند ولی کل اتحادیه اروپا ، با سوئیس ، در همین مدت بیش از 100 اختراع را ثبت کرده است.
در سال 2018 رئیس جمهور آمریكا دونالد ترامپ قانون ابتكار ملی كوانتوم را امضا كرد كه در طی 5 سال 1.2 میلیارد دلار (1.06 میلیارد یورو) برای تحقیق در مورد “استفاده از قوانین فیزیك كوانتومی برای ذخیره سازی ، انتقال ، کار گیری یا اندازه گیری اطلاعات فراهم می كند. ” ابتکار عمل از آنجا شروع شد كه سازمان اطلاعات آمریكا در گزارشی در ژانویه سال 2019 نگرانی هایی درباره تسلط چینی ها بر فناوری كوانتومی ایجاد كرد و گفت: “استقرار رایانه كوانتومی در مقیاس بزرگ ، طی ۱۰ سال آینده ، می تواند اطلاعات حساس را رمزگذاری كند. امروزه الگوریتم های بسیار پرکاربرد در معرض خطر جدی برای رمزگشایی هستند .
چین اولین ماهواره کوانتومی را راه اندازی کرده است که قادر به برقراری تماس های ویدئویی رمزگذاری شده در سال 2016 بود و قرار است اواخر امسال آزمایشگاه ملی 9 میلیارد یورویی را برای علوم اطلاعات کوانتومی افتتاح کند.
این پروژه ها ، علوم یک قرن از تحقیقات فیزیک نظری را دنبال می کنند که چگونه می توان ذره کوانتومی را در یک حالت همزمان در دو حالت مشاهده کرد (ابرقابل تصور) یا تغییر در شرایط دیگر (آشوب) را از فاصله زیاد احساس کرد.
این خصوصیات بدان معنی است که در رایانه های معمولی واحد اطلاعات یا بیت مقدار 1 یا 0 دارد ، همتای کوانتومی آن یعنی qubit می تواند همزمان صفر و 1 باشد. این چشم انداز انجام محاسبات متعدد را به موازات هم افزایش می دهد. برای دستیابی به این qubits با استفاده از اثر entanglement باید به صورت همزمان کار کرد.
تاکنون در مقایسه با محاسبات انجام شده بر روی رایانه های کوانتومی ، رایانه های کلاسیک ظاهراً ابتدایی به نظر می رسند. در اکتبر گذشته ، گوگل ادعا کرد که به “برتری کوانتومی” دست یافته است – نقطه ای که یک کامپیوتر کوانتومی می تواند کارهایی را انجام دهد که رایانه های معمولی نمی توانند. در مجله علمی Nature ، محققان گوگل گزارش داده اند که Sycamore ، کامپیوتر کوانتومی 53 کیوبیتی این شرکت ، در 3 دقیقه و 20 ثانیه یک مشکل ریاضی را حل کرده است که به گفته آنها ، زمان حل آن توسط قدرتمندترین ابر رایانه فعلی جهان 10،000 سال است.
اما محققان IBM بدنبال این اعلام نظر گفتند که این کار می تواند در 2.5 روز بر روی ابر رایانه انجام شود. با این حال ، محققان – که خودشان یک کامپیوتر کوانتومی ساخته اند – تصدیق کردند ، “آزمایش Google نمایش خوبی از پیشرفت در محاسبات کوانتومی مبتنی بر ابررسانا ها است.”
در ماه مارس ، فرونهافر از امضای توافق نامه ای با IBM برای پیشبرد محاسبات کوانتومی در آلمان خبر داد. این همکاری به شرکت ها و مؤسسات تحقیقاتی امکان دسترسی به رایانه های کوانتومی IBM در آلمان و ایالات متحده را تحت یک شبکه سراسری Fraunhofer در سطح کشور می دهد. هدف این طرح ، تحقیق در مورد فن آوری و کاربردهای احتمالی آن و ایجاد مهارت لازم برای پشتیبانی استفاده از آن در صنعت است.
به عنوان بخشی از این همکاری ، یک کامپیوتر کوانتومی IBM Q System One در یک مرکز کامپیوتر IBM در نزدیکی اشتوتگارت نصب خواهد شد. این سیستم که قرار است در اوایل سال 2021 به بهره برداری برسد ، اولین نوع از آن در اروپا خواهد بود.
صفر مطلق
با وجود پیشرفت ها ، محاسبات کوانتومی به دور از آماده شدن برای بازار نیست. در حال حاضر ، qubits فقط می تواند ناشی از کار در دماهای نزدیک به صفر مطلق باشد.
تاتجانا ویلک ، مدیر کل مرکز علوم و فناوری کوانتومی مونیخ گفت: “ما هنوز باید اجزای واحد را بهتر کنیم و در آخر یک سیستم قابل اعتماد داشته باشیم.” “مشکل این است که در تحقیق ، افراد نمی توانند سیستم هایی بسازند که هدف آنها 50 تا 200 قطعه بزرگ باشد ، زیرا آنها به سادگی منابع لازم برای انجام این کار را ندارند.”
دولت های اروپایی در تلاش هستند تا این منابع را بهبود بخشند. بریتانیا برای حمایت از تجاری سازی تحقیقات علمی ، حدود 5 میلیارد پوند از طریق بودجه عمومی و خصوصی بیش از 5 سال برای برنامه ملی فناوری كوانتوم خود اختصاص داده است. یک مثال آن توسعه سنسورهای کوانتومی برای نظارت غیر تهاجمی بر فعالیت مغز یا برای نقشه برداری زیرساختهای پنهان است.
در ماه مه ، مرکز تحقیقاتی فناوری فنلاند VTT ، برنامه 20-25 میلیون یورویی برای به دست آوردن اولین کامپیوتر کوانتومی پنج قطبی این کشور را به عنوان پایه ای برای بهبود قابلیت های تحقیق و ترویج توسعه و کاربرد فناوری کوانتومی در بخش های مختلف اعلام کرد.
در هلند اجرایی کردن کارهای آکادمیک در حال انجام است ، مایکروسافت سال گذشته آزمایشگاه کوانتومی را در دانشگاه فناوری دلفت افتتاح کرد تا در مورد بلوک های ساختاری برای یک کامپیوتر کوانتومی تحقیق کند.
در ژانویه ، فرانسه از ایجاد کارگروه برای اجرای یک برنامه کوانتومی ملی خبر داد. این امر بر ایجاد محیطی برای تقویت بخش كوانتومی از طریق اقداماتی مانند تنظیم شتابدهنده های فناوری كوانتومی متمرکز است. این طرح چشم انداز بین المللی دارد و آلمان را به عنوان شریک بالقوه برای توسعه فناوری کوانتومی در سطح اروپا ذکر می کند.
حاکمیت کوانتومی و فناوری
از نظر بودجه ، آلمان به عنوان بزرگترین حامی اروپا برای محاسبات کوانتومی شناخته می شود. در ماه ژوئیه ، آنا کارلیزک ، وزیر تحقیقات اعلام کرد که 2 میلیارد یورو از صندوق بازیابی COVID-19 در کشور ، با هدف ساخت یک کامپیوتر کوانتومی آزمایشی تا سال ۲۰۲۱صرف تحقیق برای فناوری کوانتومی خواهد شد.
این تحقیق در آلمان حاشیه ژئوپلیتیکی دارد که به یکی از صریح ترین طرفداران حاکمیت فناوری تبدیل شده و اعتماد به نفس اروپا را در قلب ریاست جمهوری فعلی خود در شورای اتحادیه اروپا قرار داده است.
پس از به دست آوردن تعدادی از شرکتهای مهندسی آلمانی توسط شرکت های چینی ، گام نهایی ، تصرف شرکت سازنده ربات های صنعتی آلمانی Kuka Robotics توسط سازنده لوازم خانگی چینی Midea در سال 2016 بود. این تصاحب باعث نگرانی گسترده ای شد و در نتیجه آلمان در ماه نوامبر گذشته قوانین سختگیرانه تری در مورد تصاحب شرکت های غیر اتحادیه اروپا از جمله شرکت هایی که با فناوری کوانتومی کار می کنند ، وضع کرد.
دولت آلمان این طرز فکر را به حوزه ریاست اتحادیه اروپا آورد و گفت نوآوری در مناطقی مانند محاسبات کوانتومی “پایه های دستیابی به حاکمیت فناوری را پایه گذاری می کند”.
اما برای این که این اتفاق بیفتد ، بنیادهای دیگر نیز باید اصلاح شوند.
به گفته ویلک ، افراد کافی در مورد پتانسیل فناوری کوانتومی اطلاع ندارند. وی گفت: “من فکر نمی کنم در اینباره افراد ی به اندازه کافی دانش داشته باشند.” اگرچه آلمان تحقیقات کوانتومی قوی دارد ، اما درک بیشتری از پتانسیل های مورد نیاز در زمینه های دیگر برای پیشرفت آن نیز دارد.
ویلک گفت: “برای مثال شما به مهندسان برق نیاز دارید تا این تراشه ها را به گونه ای طراحی کنند که محاسبات کارآمد امکان پذیر باشد.”
درک محدود از پتانسیل ، همچنین باعث می شود که سرمایه های خطرپذیر جذب نشود. نیاما شوتر ، بنیانگذار و مدیرعامل Avanetix ، مشاور لجستیک مستقر در برلین با استفاده از محاسبات کوانتومی ، گفت: “یکی از مهمترین چالش ها هنگام جمع آوری پول برای استارتاپ های فناوری است.
او حساب می کند که سایر کشورها پنج سال از آلمان جلوتر هستند ، جایی که امکانات تولید qubit وجود دارد.
سرمایه گذاری در حال پیشرفت است. برنامه شتاب دهنده شورای نوآوری اروپا سرمایه گذاری در استارت آپ های کوانتومی اروپا مانند کنسرسیوم فرانسوی Quantonationرا آغاز کرده است ،
اگر آلمان از مزایایی برخوردار باشد ، این است که برنامه های تحقیقاتی درباره فناوری کوانتومی تازه شروع به تأثیر می کنند.
گزارشی توسط شرکت مشاوره مک کینزی می گوید ، محاسبات کوانتومی فقط در اواخر سالهای 2020 می تواند تولید ارزش قابل توجهی برای صنایع را آغاز کند.
ویلک معتقد است آلمان از بودجه دولت ، برنامه های آموزشی جدید و شبکه ای از محققان در سراسر نهادها ، برخوردار است.
به عنوان نمونه ای از پیشرفت ها ، سال گذشته محققان موسسه Max-Planck از دستیابی به یک شبیه ساز کوانتومی که از شیمی کوانتومی مولکول ها تقلید می کند با موفقیت اعلام کردند. در همین حال ، محققان مؤسسه Helmholtz در نظر دارند تا سال آینده ، به عنوان بخشی از پروژه OpenSuperQ اتحادیه اروپا ، یک کامپیوتر 100 کوبیت بسازند.
ویلک در باره این فکر که هر کشوری می تواند در چنین مراحل اولیه ای کار را پیش ببرند. هشدار داد . وی گفت: “هنوز مشخص نیست كه كدام فن آوری در این رقابت ها پیروز خواهد شد ، بنابراین باید در فن آوری های مختلف سرمایه گذاری كرد.”
