فیزیک کوانتوم شاخه‌ای از علم است که رفتار ماده و انرژی را در کوچک‌ترین مقیاس‌ها بررسی می‌کند. محاسبات کوانتومی مسیرهایی را برای حل مسائل پیچیده باز می‌کند که رایانه‌های سنتی قادر به رسیدگی به آنها نیستند. این فرصت‌های بی‌حدوحصری را در حوزه‌هایی مانند بهینه‌سازی، یادگیری ماشینی، نمونه‌برداری و شبیه‌سازی، بهینه‌سازی ترافیک و برنامه‌ریزی مسیر، توسعه سریع‌تر و دقیق‌تر دارو و مدل‌سازی‌های مالی و... ارائه می‌دهد. چند سالی است که کشورهای توسعه‌یافته دنیا ازجمله آمریکا، انگلیس، چین برای رشد حوزه کوانتوم سرمایه‌گذاری کرده‌اند که همین امر منجر به توسعه و تجاری‌سازی فناوری‌های محاسبات کوانتومی با پتانسیل ایجاد انقلاب در بخش‌های کلیدی می‌شود. این حوزه به‌سرعت در حال رشد بوده و شاهد سطح قابل‌توجهی از فعالیت‌های سرمایه‌گذاری‌های دولتی و خصوصی است. 

محاسبات کوانتومی از اصول مکانیک کوانتومی برای حل مسائل پیچیده ریاضی سریع‌تر از رایانه‌های کلاسیک استفاده می‌کند. در‌حالی‌که رایانه‌های کلاسیک از بیت‌های باینری برای انجام محاسبات استفاده می‌کنند، رایانه‌های کوانتومی از بیت‌های کوانتومی (کیوبیت) استفاده می‌کنند. مقدار یک بیت فقط می‌تواند صفر یا یک باشد درحالی‌که یک کیوبیت می‌تواند به صورت صفر، یک یا ترکیبی از هر دو حالت وجود داشته باشد که به رایانه‌های کوانتومی اجازه می‌دهد تا مسائل خاصی را به صورت تصاعدی سریع‌تر از رایانه‌های کلاسیک حل کنند. کاربردهای فناوری‌های کوانتومی دامنه وسیعی داشته و محاسبات کوانتومی این پتانسیل را دارد که بسیاری از بخش‌ها ازجمله علوم زیستی، مدل‌سازی اقلیمی و آب‌و‌هوایی، مدیریت مالی و هوش مصنوعی را متحول کند. با وجود این، پیشرفت در محاسبات کوانتومی ممکن است به برخی از خطرات نیز منجر شود که مهم‌ترین آنها حفاظت از داده‌هاست. هکرها می‌توانند از توانایی محاسبات کوانتومی برای حل مسائل پیچیده ریاضی با سرعت بالا برای شکستن روش‌های رمزنگاری رایج و دسترسی به داده‌های شخصی و حساس استفاده کنند. به دلیل سرعت توسعه این حوزه از فناوری، دولت‌ها توجه خود را به آن معطوف می‌کنند. دولت‌ها نه‌تنها بر آمادگی کوانتومی و مقابله با تهدیدات نوظهور، بلکه روی افزایش سرمایه‌گذاری و رشد فناوری‌های کوانتومی نیز تمرکز می‌کنند.

سرمایه‌گذاری جهانی 55 میلیارد دلاری
به گزارش forbes، قدرت‌های دنیا که در صدر آن چین حضور دارد بیش از 55 میلیارد دلار روی فناوری محاسبات کوانتومی سرمایه‌گذاری کرده‌اند که با رشد سالانه حدود 26 درصدی همراه بوده است. قانون ابتکار ملی کوانتومی آمریکا بودجه یک میلیارد و 200 میلیون دلاری را برای پنج سال تحقیق و توسعه روی محاسبات کوانتومی اعلام کرده است. به گزارش بنیاد فناوری اطلاعات و نوآوری چین، روسیه حدود 800 میلیون دلار، هند حدود یک میلیارد و 800 میلیون دلار، هلند و ژاپن هم یک میلیارد و 900 میلیون دلار روی محاسبات کوانتومی در دنیا سرمایه‌گذاری کرده‌اند. فرانسه به عنوان یکی از قدرت‌ها در این حوزه، دو میلیارد و 100 میلیون دلار روی این حوزه سرمایه‌گذاری کرده که دولت فرانسه هدف آن را آموزش پنج هزار مهندس کوانتومی آماده و ایجاد 30 هزار شغل اعلام کرده است. قانون ابتکار ملی کوانتومی آمریکا بودجه یک میلیارد و 200 میلیون دلاری را برای پنج سال تحقیق و توسعه روی محاسبات کوانتومی اعلام کرده است. همچنین کل سرمایه‌گذاری‌های کانادا و کره‌جنوبی روی محاسبات کوانتومی در سال 2023 به دو میلیارد و 200 میلیون دلار رسید. سرمایه‌گذاری آلمان نیز در سال گذشته به شش میلیارد و 600 میلیون دلار رسید.

پیشگامی چین در محاسبات کوانتومی با سرمایه‌گذاری 15 میلیارد دلاری

به گزارش بنیاد فناوری اطلاعات و نوآوری چین، این کشور پیشرفت‌هایی را در علم اطلاعات کوانتومی دنبال می‌کند که از اصول مکانیک کوانتوم برای پردازش و انتقال اطلاعات به روش‌های اساسی جدید استفاده می‌کند. برخی از این پیشرفت‌ها از نظر مقیاس و گستره از آمریکا پیشی گرفته و پیشگامی آمریکا را در زمینه‌های کوانتومی پشت سر گذاشته است. فناوری‌های کوانتومی نه‌تنها برای امنیت ملی این کشور اهمیت بالایی دارند، بلکه این پتانسیل را نیز دارند که تأثیری شگرف بر اقتصاد و جامعه به جا بگذارند. قرار گرفتن در خط مقدم این مرز فناوری از لحاظ استراتژیک برای آمریکا از نظر رفاه اقتصادی و اجتماعی بسیار مهم است. به طورکلی، چین در ارتباطات کوانتومی در دنیا غالب است اما در محاسبات کوانتومی کمی عقب‌تر است و تقریبا با آمریکا در سنجش کوانتومی برابری می‌کند. آزمایشگاه‌های دولتی، دانشگاه‌های برجسته مانند دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) و گروهی از شرکت‌های خصوصی در حال پیشرفت فناوری‌هایی‌اند که نزدیک به اولویت‌های ملی‌اند. چین در ارتباطات کوانتومی ایمن و از راه دور در دنیا پیشگام است با وجود این، در محاسبات کوانتومی به‌ویژه در سخت‌افزار و اجرای عملی سیستم‌های کوانتومی به‌طور قابل‌توجهی عقب‌تر است. چین برای توسعه حوزه محاسبات کوانتومی، متعهد شده است با بودجه دولتی قابل‌توجهی از این بخش حمایت کند. برآوردها حاکی است که چین بیش از 15 میلیارد دلار روی این حوزه سرمایه‌گذاری کرده که این مقدار بیشتر از سرمایه‌گذاری آمریکا با سه میلیارد و 800 میلیون دلار است.

آمریکا و اختصاص بودجه 3 میلیارد و 800 میلیون دلاری به کوانتوم

دولت آمریکا از سال 2020 به طور قابل توجهی سرمایه‌گذاری خود را روی فناوری‌های کوانتومی آغاز کرد و در آن سال، 672 میلیون دلار را صرف این حوزه کرد. در سال‌های بعد به ترتیب در سال 2021 حدود 855 میلیون دلار، در سال 2022 حدود یک میلیارد و 31 هزار دلار و در سال 2023 حدود 932 میلیون دلار را به تحقیق و توسعه فناوری‌های کوانتومی اختصاص داد. کنگره آمریکا امسال 968 میلیون دلار را به توسعه ابتکار ملی کوانتومی (NQI) برای ادامه چنین پژوهش‌هایی اختصاص داد. این بودجه فعالیت‌های پژوهشی کوانتومی در سازمان‌های دولتی مختلف ازجمله وزارت دفاع، ناسا، آژانس امنیت ملی (NSA) و وزارت انرژی را پوشش می‌دهد. این بودجه همچنین از ایجاد و نگهداری 14 مرکز علوم اطلاعات کوانتومی زیر نظر وزارت انرژی، وزارت دفاع و بنیاد ملی علوم حمایت می‌کند. لایحه‌ای که در اصل، اجازه ایجاد NQI را می‌دهد که بخش بزرگی از بودجه پژوهش‌های کوانتومی آمریکا را تشکیل می‌دهد، قرار است سال آینده منقضی شود. در این میان، وزارت انرژی آمریکا در ماه گذشته اعلام کرد بودجه‌ای 65 میلیون دلاری را به پژوهش در عرصه محاسبات کوانتومی اختصاص داده که بودجه لازم برای انجام 10 پروژه در این حوزه را تأمین می‌کند که تحقیقات روی نرم‌افزار، سیستم‌های کنترلی و توسعه الگوریتمی را هدف قرار می‌دهند که در توسعه استفاده از محاسبات کوانتومی در پژوهش‌های علمی حیاتی‌اند.

متن کامل گزارش ندا اظهری، خبرنگار گروه دانشگاه را در روزنامه فرهیختگان بخوانید