جهان امروز در میانه انقلابی فناوری قرار دارد که مرزهای دانش و توانایی‌های بشری را به چالش می‌کشد. از مواد پیشرفتهای که پایه‌های صنعت و فناوری را بازتعریف می‌کنند تا ریزتراشه‌ها و حسگرهایی که هوش مصنوعی و سامانه‌های خودمختار را به واقعیت تبدیل کرده‌اند، این فناوری‌های توانمندساز در حال شکل‌دهی دوباره به آینده‌اند. اما این پیشرفت‌ها همان قدر که فرصت‌سازند، چالش‌های پیچیده‌ای را نیز به همراه دارند که امنیت بین‌المللی و اخلاقیات جهانی را در آزمونی دشوار قرار داده‌اند.
مؤسسه تحقیقات خلع سلاح سازمان ملل (UNIDIR) در تازه‌ترین گزارش خود، نگاهی جامع به این فناوری‌ها انداخته و نقش آن‌ها را در تحول امنیت بین‌المللی بررسی کرده است. این گزارش با تمرکز بر سال ۲۰۲۴، به تحلیل روندهای کلیدی در حوزه‌هایی همچون رایانش کوانتومی، اینترنت اشیا، نسل ششم ارتباطات (6G) و هوش مصنوعی پرداخته است.
درعین‌حال چالش‌هایی مانند آسیب‌پذیری زنجیره تأمین، تهدیدهای امنیت سایبری و رقابت‌های بین‌المللی به شکلی ویژه موردتوجه آن قرار گرفته‌اند. این مقاله که بازگردان گزارش 2024 از مؤسسه فوق است، بر آن است که اهمیت این فناوری‌ها تنها به نوآوری‌های علمی محدود نمی‌شود، بلکه تأثیرات عمیقی بر سیاست، اقتصاد و حتی اخلاقیات جهانی دارند. از یک‌سو هوش مصنوعی و رایانش پیشرفته، ظرفیت‌هایی بی‌سابقه برای توسعه و بهره‌وری فراهم کرده‌اند.
از سوی دیگر نقش روزافزون بخش خصوصی، نابرابری در دسترسی و ملاحظات اخلاقی، نگرانی‌هایی جدی ایجاد کرده‌اند که نیازمند توجه فوری و مسئولانه‌اند. این مقاله با تحلیل وضعیت فعلی، نگاهی آینده‌پژوهانه به تحولات عرصه فناوری و پیچش آن با پیشرفتهای بشری در حوزه‌های گوناگون به‌ویژه نظامی دارد. گزارش مهم زیر، زاویه دید سازمانی مهم و بین‌المللی به‌سوی آینده‌ای است که امروز در آزمایشگاه‌ها، مراکز داده و مناطق آزمایشی جنگی در حال شکل‌گیری است؛ آینده‌ای که یا ما در آن در مقصدی مافوق تصور و رویایی هستیم یا تمام کابوس‌هایمان به واقعیت تبدیل شده.
دسته 1: مواد پیشرفته
نیمه‌رساناها
نیمه‌رساناها به دسته‌ای از مواد تعلق دارند که با ویژگی‌های هدایت الکتریکی خود بین رساناها (مانند فلزات) و عایق‌ها (مانند شیشه) قرار می‌گیرند. هدایت الکتریکی نیمه‌رسانا می‌تواند کنترل و تغییر یابد که این امر امکان استفاده از آن به‌عنوان یک بلوک ساختمانی برای دستگاه‌ها و اجزای الکترونیکی ازجمله دیودها، ترانزیستورها و مدارهای مجتمع را فراهم می‌کند. برای دهه‌ها، صنعت نیمه‌رسانا در خط مقدم نوآوری‌های فناوری بوده و به‌طور مداوم پیشرفت‌هایی در کوچک‌سازی و بهبود عملکرد دستگاه‌ها ایجاد کرده. فناوری نیمه‌رسانا نقش مرکزی در پذیرش گسترده هوش مصنوعی ایفا و توانایی‌های محاسباتی موردنیاز برای مدل‌ها و سیستم‌های هوش مصنوعی را تأمین می‌کند. تا سال ۲۰۲۳، صنعت بر پیشبرد کوچک‌سازی مواد نیمه‌رسانا متمرکز بوده، به‌ویژه از طریق توسعه فناوری ۲ نانومتری نسل بعدی. این فناوری جدید وعده ارائه سرعت‌های پردازشی بسیار بالاتر از تراشه‌های موجود ۳ نانومتری را می‌دهد. محققان همچنین با هدف افزایش بیشتر عملکرد ریزتراشه‌ها، به بررسی مواد جایگزین برای سیلیکون پرداخته‌اند، مانند آرسنید بورون مکعبی و مواد دوبعدی. چنین مواد جایگزینی می‌توانند زنجیره تأمین نیمه‌رسانا را متنوع و تقویت کنند.
هم‌زمان و با نزدیک‌شدن قانون مور به محدودیت‌های فیزیکی خود، تحقیقات در سال ۲۰۲۴ همچنان بر غلبه بر محدودیت‌های فناوری سنتی سیلیکون متمرکز است. یک حوزه کلیدی اکتشاف، توسعه مواد نوآورانه‌ای است که می‌توانند عملکرد دستگاه‌های مبتنی بر سیلیکون را پشت سر بگذارند. یکی از این مواد، دی‌کالکجنایدهای انتقالی فلزی دوبعدی (TMDs) است که به‌عنوان جایگزینی برای سیلیکون شناسایی شده‌اند. باضخامت تنها ۰.۷ نانومتر- در مقایسه باضخامت معمول سیلیکون که ۵ تا ۱۰ نانومتر است- مصرف انرژی پایین‌تر، انتقال الکترون بیشتر و توان محاسباتی بهتری را ارائه می‌دهند. درحالی‌که تولید انبوه این مواد چالش‌برانگیز بوده، روشی جدید برای ساخت سریع این کریستال‌های دوبعدی در چندین فرمولاسیون توسعه‌یافته است.
گرافن، یک ماده دوبعدی ساخته‌شده از یک لایه از اتم‌های کربن که در یک شبکه شش‌ضلعی چیده شده‌اند، چندین مزیت نسبت به سیلیکون دارد. این مزایا شامل تحرک الکترونی استثنایی، انتشار بهتر حرارت و ساختار فوق‌العاده نازک و سبک‌وزن است. بااین‌حال، ادغام گرافن در لوازم الکترونیک به دلیل نداشتن یک شکاف انرژی الکترونی ذاتی (electron bandgap) که برای امکان‌پذیر ساختن سوئیچ‌کردن ترانزیستورها لازم است، دشوار است. تلاش برای معرفی شکاف انرژی، معمولاً خواص الکترونیکی برتر ماده را به خطر انداخته است. در اوایل سال ۲۰۲۴، محققان این چالش را با توسعه یک نیمه‌رسانای مبتنی‌بر گرافن که با روش‌های پردازش ریزالکترونیک سنتی سازگار است، پشت سر گذاشتند. این دستاورد نوید سرعت‌های محاسباتی تا 10 برابر سریع‌تر از فناوری سنتی سیلیکون را می‌دهد و می‌تواند نقش حیاتی در توسعه محاسبات کوانتومی ایفا کند.
باتوجه‌به پتانسیل تحول‌آفرین مواد دوبعدی، تولیدکنندگان نیمه‌رسانا سرمایه‌گذاری‌های قابل‌توجهی در تحقیق و ادغام این مواد انجام می‌دهند که نشان‌دهنده تغییری مهم از توسعه آزمایشگاهی به کاربردهای صنعتی در مقیاس بزرگ است. برای راهبری این انتقال، پژوهشگران برجسته نقشه راه استراتژیکی برای پیشبرد مواد دوبعدی پیشنهاد داده‌اند که نیازمند تلاش مشترک بین دانشگاه‌ها و صنعت است. این نقشه راه، استفاده از ابزارهای هوش مصنوعی را برای رعایت استانداردهای صنعتی برای مواد دوبعدی مورد تأکید قرار می‌دهد تا دقت و کارایی در توسعه تضمین شود. مواد نیمه‌رسانای نوآورانه دیگری مانند نیترید گالیم (GaN) نیز در حال جلب‌توجه‌اند. توسعه یک منبع نور کوانتومی با استفاده از GaN به‌عنوان یک گام مهم به‌سوی تراشه‌های کوانتومی کاربردی دیده می‌شود. علاوه بر این، دانشمندان یک تراشه ریزموج مبتنی‌بر GaN با بستر الماس ایجاد کرده‌اند که با 30 درصد افزایش، چگالی توان بیشتری نسبت به محصولات فعلی ارائه می‌دهد. اگر این ماده به‌طور گسترده پذیرفته شود، می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی عملکرد نه‌تنها سیستم‌های غیرنظامی T بلکه همچنین کاربردهای نظامی، ازجمله توسعه سلاح‌های پرتوان ریزموج، رادارها و دستگاه‌های ارتباطی در جنگ الکترونیک را بهبود بخشد.
پیشرفت در مواد نیمه‌رسانا همچنان محرک نوآوری‌های خواهد بود که امکان ساخت دستگاه‌های کوچک‌تر و کارآمدتر را فراهم می‌کنند و فناوری‌های تحول‌آفرین هوش مصنوعی و کوانتومی را پیش می‌برند. این دستاوردها همچنین قابلیت‌های نظامی، به‌ویژه در جنگ الکترونیکی را تقویت خواهند کرد. بااین‌حال بیشتر مواد نیمه‌رسانای جایگزین همچنان در مرحله آزمایشگاهی قرار دارند و افزایش تولید آن‌ها برای به‌کارگیری در مقیاس بزرگ، همچنان مانند توسعه مواد دوبعدی، همچنان روندی در حال انجام است. علاوه بر این، زنجیره تأمین نیمه‌رساناهای مبتنی‌بر سیلیکون فعلی به دلیل ماهیت جهانی و تخصصی خود همچنان در معرض اختلال قرار دارد. درحالی‌که مواد نوآورانه، توانی بالقوه برای انقلاب در فرایندهای تولیدی فعلی را دارند، اما پذیرش گسترده آن‌ها نیازمند سرمایه‌گذاری گسترده در روش‌های و زیرساخت‌های تولیدی جدید است.
ابررساناها
ابررساناها موادی‌اند که می‌توانند الکتریسیته را بدون هیچ مقاومتی یا اتلاف انرژی هدایت کنند و هنگامی که تا دمای بحرانی خاصی سرد شوند، می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را دفع کنند. این ویژگی منحصربه‌فرد امکان می‌دهد جریان الکتریکی به طور نامحدود درون یک ابررسانا جریان یابد. ابررساناها برای ساخت کیوبیت‌ها (واحدهای بنیادی پردازنده‌های کوانتومی) ضروری‌اند و به همین دلیل نقش حیاتی در توسعه رایانه‌های کوانتومی ایفا می‌کنند. بااین‌حال همان‌طور که در کتابچه سال ۲۰۲۳ اشاره شده است، استفاده عملی از آن‌ها به دلیل نیاز به دماهای بسیار پایین یا در برخی موارد، فشارهای بالا در محیط‌های کمی گرم‌تر، همچنان محدود باقی‌مانده است. این چالش محرک تلاش‌های علمی مداوم برای شناسایی موادی با دماهای بحرانی بسیار بالاتر، به‌ویژه با هدف دستیابی به ابررسانایی در دمای محیط است. دستیابی به چنین پیشرفتی می‌تواند انقلابی در حوزه الکترونیک ایجاد کند، اما تحقیقات به پتانسیل بروز اختلافات بین‌المللی بر سر حق ثبت اختراع، انتقال فناوری و دسترسی به بازار اشاره دارد. این موضوع مشابه چالش‌هایی است که دیگر فناوری‌های پیشرفته با آن مواجه هستند.
تا سال ۲۰۲۴ تحقیقات همچنان بر یافتن مواد ابررسانا با دماهای بحرانی بسیار بالا متمرکز است. یکی از رویکردهای امیدوارکننده، ترکیب مواد مختلف با ویژگی‌های الکتریکی منحصربه‌فرد است تا ابررسانایی را بهینه کند. به‌عنوان‌مثال پژوهشگران دریافته‌اند ترکیب جدیدی از مواد، تمام ویژگی‌های لازم برای نوع جدیدی از ابررسانایی را داراست. این کشف می‌تواند راه را برای رایانش کوانتومی قوی‌تر هموار کند. فراتر از رایانش کوانتومی، انتظار می‌رود ابررساناها به‌طور چشمگیری انرژی موردنیاز برای آموزش مدل‌های هوش مصنوعی را کاهش دهند، زیرا آن‌ها امکان جریان‌یافتن الکتریسیته بدون مقاومت را فراهم می‌کنند. اگرچه ابررساناها در حال حاضر به دماهای بسیار پایین (کرایوژنیک) برای عملکرد نیاز دارند، بااین‌حال با میزان صرفه‌جویی پیش‌بینی‌شده در انرژی، انتظار می‌رود هزینه‌های به‌خصوص با افزایش تقاضاهای محاسباتی، کاهش یابد. علاوه بر این، هوش مصنوعی نقش فزاینده‌ای در تحقیق‌وتوسعه ابررساناها ایفا می‌کند. با استفاده از هوش مصنوعی در کنار شبیه‌سازی‌های مکانیک کوانتومی، پژوهشگران اکنون می‌توانند پیش‌بینی و غربالگری مواد ابررسانای جدید را تسریع کرده و نوآوری در این حوزه را سرعت بخشند.
نانوفناوری
نانوفناوری به طراحی، تولید و کاربرد مواد در مقیاس نانو که معمولاً بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است (برابر با یک میلیاردم متر) می‌پردازد. استفاده از نانومواد فرصت‌های گسترده‌ای را برای پیشرفت در فناوری حسگرها، رایانش و ارتباطات فراهم می‌کند. تا سال ۲۰۲۳، موادی مانند نانولوله‌های کربنی و نقاط کوانتومی، توانایی امیدوارکننده‌ای برای رایانش نسل بعدی ازجمله در حوزه نوظهور رایانش کوانتومی نشان داده‌اند. بااین‌حال چالش‌هایی در مقیاس‌بندی تولید این مواد برای استفاده عملی وجود دارد. علاوه بر این، تحقیقات نگرانی‌هایی را در مورد سمیت و خطرات زیست‌محیطی مرتبط با نانوذرات مطرح کرده که به تأثیرات بالقوه بر سلامت و محیط‌زیست اشاره دارند.
در سال ۲۰۲۴، نانوفناوری همچنان یکی از عوامل کلیدی در کوچک‌سازی و بهینه‌سازی دستگاه‌ها به شمار می‌رود. تحقیقات مداوم، توسعه نانوموادی با ویژگی‌ها و کاربردهای پیشرفته را نشان می‌دهد، به‌عنوان مثال یک روش کارآمدتر برای سنتز نقاط کوانتومی کشف شده که این پیشرفت ازآن‌جهت اهمیت دارد که نقاط کوانتومی، می‌توانند به‌عنوان اجزای اساسی برای بهبود سامانه‌های رایانش کوانتومی و کلاسیک عمل کنند. همچنین استفاده از نانومواد پیشرفته امکان توسعه فناوری رمزنگاری جدیدی را برای ارتباطات نوری فراهم کرده است که سطوح بالایی از امنیت را ارائه می‌دهد و مزایای قابل‌توجهی برای سیستم‌های ارتباطی نقطه‌به‌نقطه دارد، مانند آن‌هایی که در عملیات نظامی با استفاده از سامانه‌های بدون سرنشین به کار می‌روند.
قابلیت‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی، افق‌های جدیدی را برای توسعه نانومواد نوین گشوده است. الگوریتم‌های محاسباتی پیشرفته امکان تحلیل سریع و مقرون‌به‌صرفه رفتار و ویژگی‌های نانوذرات را فراهم کرده‌اند و جایگزین ارزشمندی برای روش‌های تجربی سنتی در علم نانو ارائه می‌دهند، مثلاً دانشمندان یک الگوریتم ژنتیکی برای طراحی نانوساختارهای کریستالی فونونیک توسعه داده‌اند که می‌تواند ویژگی‌های خاص مواد را بادقت کنترل کند. این نوآوری پتانسیل زیادی برای ارتقای فناوری‌های رایانش و ارتباطات کوانتومی دارد.
متن کامل گزارش علی محمولی، مترجم را در روزنامه فرهیختگان بخوانید.