کوانتوم مبتنی بر نور: آینده روشن محاسبات کوانتومی

• نویسنده:
• نام نویسنده

  آینده نگاری کوانتوم ران
• فوریه 26، 2024

خلاصه بینش

پیشرفت‌های اخیر در محاسبات کوانتومی مبتنی بر نور، تغییر در فناوری محاسباتی را نشان می‌دهد و از روش‌های سنتی به استفاده از ذرات نور برای پردازش استفاده می‌کند. این تغییر نوید حل مشکلات کارآمدتر و سریع‌تر در زمینه‌های مختلف و پتانسیل مزایای زیست‌محیطی به دلیل کاهش نیاز به انرژی را می‌دهد. این پیشرفت‌ها همچنین سوالات مهمی را در مورد امنیت داده‌ها، تکامل بازار کار و رقابت‌پذیری فناوری جهانی مطرح می‌کند.

زمینه کوانتومی مبتنی بر نور

چندین پیشرفت در محاسبات کوانتومی مبتنی بر نور آشکار شده است. محاسبات کوانتومی مبتنی بر نور یا محاسبات کوانتومی فوتونیک از فوتون ها (ذرات نور) برای انجام محاسبات استفاده می کند. در مقابل، محاسبات سنتی از مدارهای الکتریکی و بیت ها استفاده می کند. در ژوئن 2023، محققان MIT کشف کردند که نانوذرات پروسکایت سرب هالید می توانند جریان ثابتی از فوتون ها را تولید کنند. این مواد نه تنها به دلیل وزن سبک و سهولت در تولید، برای پنل‌های خورشیدی آینده امیدوارکننده هستند، بلکه به دلیل پتانسیل خود در فناوری‌های پیشرفته نیز متمایز هستند، زیرا به راحتی می‌توان آن‌ها را ساخت و روی سطوحی مانند شیشه اعمال کرد.

سپس، در اکتبر سال 2023، دانشمندان چینی با کامپیوتر کوانتومی جدید مبتنی بر نور خود، Jiuzhang 3.0، که با شناسایی 255 فوتون، رکورد جهانی جدیدی را به نام خود ثبت کرد، بسیار بهتر از 2.0 فوتون قبلی خود، Jiuzhang 113 پیشرفت کردند. این پیشرفت به Jiuzhang 3.0 اجازه می دهد تا یک میلیون بار سریعتر از Jiuzhang 2.0 در حل مسائل نمونه برداری بوزون گاوسی، یک مدل پیچیده ریاضی که در محاسبات کوانتومی استفاده می شود، عمل کند. قابل توجه است که Jiuzhang 3.0 می تواند پیچیده ترین نمونه های نمونه برداری از بوزون گاوسی را تنها در یک میکروثانیه پردازش کند، وظیفه ای که سریع ترین ابررایانه جهان، Frontier، بیش از 20 میلیارد سال برای تکمیل آن نیاز دارد. 

سرانجام، در ژانویه 2024، دانشمندان ژاپنی پیشرفت های قابل توجهی را در حذف نیاز به دمای بسیار پایین مورد نیاز ماشین های کوانتومی مبتنی بر نور فعلی اعلام کردند. پیشرفت آنها شامل یک منبع "نور فشرده" با کارایی بالا برای انتقال اطلاعات برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی قدرتمند تا سال 2030 است. این پیشرفت، مقیاس‌پذیری بالقوه و مزایای بهره‌وری انرژی را نسبت به روش‌های دیگر مانند کامپیوترهای کوانتومی ابررسانا و مبتنی بر سیلیکون ارائه می‌دهد.

تاثیر مخرب

انتظار می رود پیشرفت در محاسبات کوانتومی مبتنی بر نور به طور قابل توجهی کارایی و سرعت محاسباتی را بهبود بخشد. قابلیت این فناوری برای عملکرد در دمای اتاق، نیاز به سیستم های خنک کننده پیچیده را کاهش می دهد و آن را سازگارتر با محیط زیست و مقرون به صرفه تر می کند. افزایش کارایی و هزینه‌های عملیاتی پایین‌تر می‌تواند پذیرش گسترده‌تر فناوری‌های محاسبات کوانتومی را در بخش‌های مختلف تشویق کند، تحقیق و توسعه در هوش مصنوعی، علم مواد و رمزنگاری را تسریع بخشد.

توسعه محاسبات کوانتومی مبتنی بر نور همچنین ممکن است منجر به دسترسی سریعتر و مقرون به صرفه تر به منابع محاسباتی پیشرفته شود. این تغییر می تواند منجر به افزایش امنیت شخصی از طریق روش های رمزگذاری پیچیده تر برای محافظت از داده ها شود. در آموزش، چنین پیشرفت‌هایی ممکن است ابزارهای جدیدی را برای یادگیری و کشف در اختیار دانش‌آموزان و محققان قرار دهد. علاوه بر این، همانطور که این فناوری بالغ می شود، می تواند فرصت های شغلی و مسیرهای شغلی جدیدی در محاسبات کوانتومی و صنایع مرتبط ایجاد کند.

دولت‌ها احتمالاً این تحولات را فرصتی برای ارتقای توانایی‌های ملی در علم و فناوری خواهند دید. سرمایه گذاری در محاسبات کوانتومی مبتنی بر نور می تواند مزیت رقابتی یک کشور را در صنایع و تحقیقات با فناوری پیشرفته افزایش دهد. این فناوری همچنین ممکن است به به روز رسانی در چارچوب های نظارتی، به ویژه در مورد امنیت داده ها، برای رسیدگی به چالش های جدید ناشی از توانایی های محاسباتی پیشرفته نیاز داشته باشد. علاوه بر این، دولت ها ممکن است نیاز به تقویت مشارکت بین دانشگاه، صنعت و موسسات تحقیقاتی داشته باشند تا به طور کامل از پتانسیل محاسبات کوانتومی مبتنی بر نور استفاده کنند.

مفاهیم کوانتومی مبتنی بر نور

مفاهیم گسترده‌تر کوانتوم مبتنی بر نور ممکن است شامل موارد زیر باشد: 

• قابلیت‌های محاسباتی پیشرفته در بخش‌های تحقیقاتی، منجر به مدل‌سازی سریع‌تر و دقیق‌تر آب و هوا و نتایج تحقیقات بیماری‌ها می‌شود.
• کشف و توسعه سریع مواد و داروهای جدید، کاهش زمان و هزینه عرضه این مواد به بازار.
• افزایش تقاضا برای روش‌های رمزگذاری مقاوم در برابر کوانتومی، که منجر به افزایش سرمایه‌گذاری در امنیت سایبری و نوآوری در فناوری‌های حفاظت از داده‌ها می‌شود.
• تغییر در تمرکز آموزشی به سمت محاسبات کوانتومی و زمینه‌های مرتبط، ایجاد فرصت‌های یادگیری جدید و مسیرهای شغلی در فناوری‌های نوظهور.
• سرمایه گذاری دولت ها در زیرساخت ها و آموزش محاسبات کوانتومی، با هدف به دست آوردن یک مزیت رقابتی در رهبری فناوری جهانی.
• تغییرات در پویایی ژئوپلیتیک، زمانی که کشورها برای تسلط بر قابلیت‌های محاسبات کوانتومی رقابت می‌کنند، که به طور بالقوه منجر به اتحادها و رقابت‌های جدید می‌شود.
• دموکراتیزه کردن منابع محاسباتی سطح بالا، کسب و کارهای کوچکتر و مؤسسات تحقیقاتی را قادر می سازد تا با نهادهای بزرگتر رقابت کنند.
• افزایش روش‌های محاسباتی با انرژی کارآمد و سازگار با محیط زیست، که به کاهش ردپای کربن در صنعت فناوری کمک می‌کند.
• تغییر مدل‌های کسب‌وکار در بخش‌هایی مانند مالی و لجستیک به دلیل بهینه‌سازی پیشرفته و قابلیت‌های مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده.
• چالش های حقوقی و اخلاقی ناشی از توانایی های محاسباتی پیشرفته، نیازمند مقررات و ساختارهای حکومتی جدید.

سوالاتی که باید در نظر گرفته شود

• چگونه ممکن است ادغام محاسبات کوانتومی مبتنی بر نور در صنایع مختلف بازار کار را تغییر دهد؟
• پیشرفت محاسبات کوانتومی از چه راه هایی می تواند بر امنیت داده های جهانی تأثیر بگذارد؟