از «شب پرستاره» ون‌گوگ تا حل معمای قرن/سالی که کوانتوم از رویا عبور کرد و به واقعیت نزدیک شد

به گزارش خبرنگار دانش و فناوری خبرگزاری دانشجو، یکی از مهم‌ترین موضوعات سال ۲۰۲۵، بلوغ سخت‌افزار‌های کوانتومی بود.

سال ۲۰۲۵ نقطه عطفی برای فناوری کوانتومی به‌شمار می‌آید؛ سالی که این حوزه از مرحله آزمایش‌های پر از وعده و هیجان، به سمت نشانه‌های روشن‌تر از تأثیر عملی حرکت کرد. این سال با پیشرفت‌های معنادار در حوزه سخت‌افزار، نرم‌افزار، ارتباطات و سیاست‌گذاری برجسته شد. به‌جای یک دستاورد بزرگ و تیترساز، سال ۲۰۲۵ با مجموعه‌ای از پیشرفت‌های تدریجی و هماهنگ تعریف شد که باعث شد فناوری کوانتومی کمتر فرضی و بیشتر اجتناب‌ناپذیر به نظر برسد.

یکی از مهم‌ترین محور‌های سال ۲۰۲۵، بلوغ سخت‌افزار کوانتومی بود. تعداد کیوبیت‌ها همچنان افزایش یافت، اما مهم‌تر از آن، نرخ خطا کاهش پیدا کرد و پایداری سامانه‌ها بهبود یافت. شرکت‌ها و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی تمرکز اصلی خود را نه صرفاً بر افزایش تعداد خام کیوبیت‌ها، بلکه بر کاهش خطا، بهبود الکترونیک‌های کنترلی و معماری‌های مقیاس‌پذیر گذاشتند. رویکرد‌های مختلف—از ابررسانا‌ها و یون‌های به‌دام‌افتاده گرفته تا فوتونیک و اتم‌های خنثی—همگی مسیر‌های معتبری برای آینده نشان دادند و این ایده را تقویت کردند که این حوزه در حال همگرایی به سوی راه‌حل‌هاست، نه بن‌بست‌ها.

۱. ریاضی‌دانان «ریاضیات بی‌فایده» را به یک دستاورد انقلابی در محاسبات کوانتومی تبدیل کردند

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیای جنوبی (USC) در آمریکا به سراغ ذره‌ای رفتند که اغلب نادیده گرفته می‌شود تا با استفاده از آن، شکنندگی رایانه‌های کوانتومی را کاهش دهند و آنها را در آینده‌ای نزدیک، عمومی‌تر و کاربردی‌تر کنند. قرار دادن چنین ذره‌ای در یک رایانه کوانتومی می‌تواند به غلبه بر خطا‌های محاسبات کوانتومی کمک کند.

در این رویکرد، پژوهشگران تلاش می‌کنند اطلاعات کوانتومی را با رمزگذاری آن در ویژگی‌های هندسی ذرات عجیب‌وغریبی به نام «آنیون‌ها» (Anyons) ایمن کنند. آنیون‌ها که پیش‌بینی می‌شود در دو بعد وجود داشته باشند، نسبت به سایر کیوبیت‌ها مقاومت بیشتری در برابر نویز و تداخل دارند. در این میان، آنیون‌های ایزینگ (Ising anyons) نقش پیشرو در توسعه این سامانه‌های کوانتومی ایفا می‌کنند.

۲. اولین رایانه کوانتومی جهان که با تراشه‌های استاندارد سیلیکونی ساخته شده، رونمایی شد

شرکت مستقر در لندن «کوانتوم موشن» (Quantum Motion)، یک استارتاپ فعال در حوزه محاسبات کوانتومی که فناوری‌های مقیاس‌پذیر مبتنی بر سیلیکون توسعه می‌دهد، نخستین رایانه کوانتومی فول‌استک صنعت را که با سیلیکون ساخته شده است، راه‌اندازی کرد. این سامانه در مرکز ملی محاسبات کوانتومی بریتانیا (NQCC) مستقر شد.

گزارش‌ها حاکی از آن است که این نخستین رایانه کوانتومی است که با استفاده از فرایند استاندارد ساخت تراشه‌های CMOS (نیمه‌رسانای مکمل اکسید فلز) ساخته شده؛ همان فناوری ترانزیستوری که در رایانه‌های معمولی استفاده می‌شود.

بخش کلیدی این رویکرد، ساخت کریوالکترونیک‌هایی است که کیوبیت‌ها را به مدار‌های کنترلی متصل می‌کنند و در دما‌های بسیار پایین کار می‌کنند؛ امری که امکان مقیاس‌پذیری گسترده پردازنده‌های کوانتومی را فراهم می‌سازد.

۳. نخستین مورد در جهان: رایانه کوانتومی مسئله‌ای را یک میلیون سال سریع‌تر از ابررایانه حل کرد

شرکت «دی‌ویو کوانتوم» (D-Wave Quantum Inc.)، استارتاپی مستقر در کالیفرنیا که بر کاربرد‌های تجاری محاسبات کوانتومی تمرکز دارد، با استفاده از رایانه کوانتومی نمونه اولیه Advantage ۲ مبتنی بر بازپخت کوانتومی (annealing)، یک مسئله واقعی و کاربردی را حل کرده است.

این شرکت این دستاورد را از طریق مقاله‌ای داوری‌شده در یک مجله علمی بسیار معتبر تأیید کرد.

بر اساس قانون مور، توان و بهره‌وری محاسباتی یک ریزتراشه تقریباً هر دو سال دو برابر می‌شود. در مدت کوتاهی که از عمر رایانه‌ها می‌گذرد، شاهد جهش عظیمی در قابلیت‌های آنها بوده‌ایم، حتی در حالی که اندازه‌شان کوچک‌تر شده است.

با این حال، دانشمندان همچنان در تلاش‌اند رایانه‌هایی بزرگ‌تر و قدرتمندتر بسازند تا بتوانند محاسبات اگزاسکیل انجام دهند و به حل مسائلی مانند تغییرات اقلیمی و کشف دارو کمک کنند.

۴. معمای ریاضی صدساله‌ای که ابررایانه‌ها را درمانده کرده بود، با محاسبات کوانتومی حل شد

پژوهشگران با موفقیت از یک الگوریتم کوانتومی برای حل یک مسئله پیچیده ریاضی استفاده کرده‌اند؛ مسئله‌ای صدساله که مدت‌ها حل آن حتی برای قدرتمندترین ابررایانه‌های کلاسیک غیرممکن تلقی می‌شد.

این دستاورد کاربرد‌های مستقیمی در حوزه‌هایی مانند فیزیک ذرات، علم مواد و انتقال داده دارد.

پژوهشگران در مطالعه‌ای جدید گفتند: آیا مسئله محاسباتی‌ای وجود دارد که یک الگوریتم کوانتومی کارآمد برای آن وجود داشته باشد، اما الگوریتم تصادفی کارآمدی برای آن در دسترس نباشد؟ محاسبات کوانتومی بر این باور بنا شده که پاسخ این سؤال مثبت است.»

این پژوهش توسط مارتین لاروکا از آزمایشگاه ملی لوس‌آلاموس و وویتخ هاولیچک، پژوهشگر شرکت IBM، انجام شده است.

آنها در مقاله‌ای که در نشریه Physical Review Letters منتشر شد، نشان دادند که رایانه‌های کوانتومی قادرند «بازنمایی‌های گروهی را تجزیه کنند»؛ کاری بنیادی که در چندین رشته علمی نقش اساسی دارد.

۵. نقاشی مشهور «شب پرستاره» ون‌گوگ به کشف یک گردابه کوانتومی جدید کمک کرد

آیزاک آسیموف، نویسنده مشهور آمریکایی، زمانی گفته بود: در علم، هنری نهفته است و در هنر، علمی وجود دارد.»

یک پژوهش جدید درستی این گفته را ثابت کرده و ارتباطی بی‌سابقه میان نقاشی معروف «شب پرستاره» اثر ونسان ون‌گوگ و فیزیک کوانتومی را نشان داده است.

تمرکز اصلی این مطالعه بر ناپایداری کلوین–هلمهولتز (KHI) است؛ پدیده‌ای که در دنیای روزمره زمانی رخ می‌دهد که دو سیال با سرعت‌های متفاوت در کنار یکدیگر حرکت می‌کنند و باعث شکل‌گیری موج‌ها و گردابه‌هایی در ابرها، رودخانه‌ها یا سطح اقیانوس‌ها می‌شود.

تا پیش از این، هیچ‌کس KHI را در یک سیال کوانتومی مشاهده نکرده بود. اما نویسندگان این مطالعه نه‌تنها برای نخستین بار آن را ثبت کردند، بلکه گردابه‌هایی هلالی‌شکل به نام «اسکایرمیون‌های کسری نامتقارن» (EFSs) را نیز کشف کردند که شباهت چشمگیری به ماه درخشان در نقاشی «شب پرستاره» ون‌گوگ دارند.

۶. پژوهشگران ژاپنی با استفاده از درهم‌تنیدگی کوانتومی، کنترل وضعیت بدنی ربات‌ها را بهبود دادند

پژوهشگرانی از مؤسسه فناوری شیبائورا، دانشگاه واسدا و شرکت فوجیتسو، روش جدیدی برای حرکت نرم‌تر و کارآمدتر ربات‌ها با استفاده از محاسبات کوانتومی توسعه داده‌اند.

معمولاً زمانی که یک ربات حرکت می‌کند، رایانه آن باید محاسبه کند که هر یک از مفاصلش چگونه باید خم شود تا دست یا پای ربات به موقعیت درست برسد. این فرایند که «سینماتیک معکوس» نام دارد، برای ربات‌هایی مانند ربات‌های انسان‌نما بسیار دشوار است، زیرا ترکیب‌های ممکن بی‌شماری وجود دارد.

رویکرد جدید این تیم از کیوبیت‌ها برای نمایش موقعیت و جهت‌گیری هر بخش از ربات استفاده می‌کند. مهم‌تر از آن، آنها از درهم‌تنیدگی کوانتومی بهره می‌برند؛ ویژگی خاص مکانیک کوانتومی که در آن ذرات به‌گونه‌ای به هم متصل‌اند که حرکت یکی بر دیگری تأثیر می‌گذارد.

۷. MIT با دستیابی به دقت ۹۹٫۹۹۸ درصد، رکورد جهانی جدیدی در محاسبات کوانتومی ثبت کرد

پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) دو تکنیک کنترلی جدید توسعه داده‌اند که به آنها امکان داده با استفاده از یک کیوبیت ابررسانا به نام «فلاکسونیوم»، به رکورد جهانی دقت تک‌کیوبیتی ۹۹٫۹۹۸ درصد دست یابند.

این دستاورد گام مهمی در مسیر تحقق محاسبات کوانتومی عملی به‌شمار می‌رود. کیوبیت‌ها، به‌عنوان اجزای سازنده رایانه‌های کوانتومی، به‌شدت در برابر نویز و نواقص کنترلی حساس هستند. این موضوع باعث ایجاد خطا در عملیات کوانتومی می‌شود و در نهایت پیچیدگی و مدت‌زمان اجرای الگوریتم‌های کوانتومی را محدود می‌کند.

پژوهشگران دو تکنیک با نام‌های «پالس‌های هم‌نسبت» (commensurate pulses) و «امواج مایکروویو با قطبش دایره‌ای» را توسعه دادند که این خطا‌ها را به‌طور مؤثر حذف می‌کنند.

رویکرد این تیم شامل اعمال پالس‌ها در زمان‌های مشخص برای هم‌راستا و قابل‌تصحیح کردن خطا‌های چرخش معکوس بود. آنها همچنین از نسخه‌ای مصنوعی از نور با قطبش دایره‌ای برای کنترل وضعیت کیوبیت استفاده کردند که دقت را بیش از پیش افزایش داد.

سال ۲۰۲۵ سال هم‌راستایی راهبردی و رقابت جهانی بود. با وجود اینکه چالش‌هایی مانند مقیاس‌پذیری و هزینه همچنان باقی است، شتاب تحولات در سال ۲۰۲۵ به‌وضوح نشان داد که فناوری کوانتومی وارد مرحله‌ای جدی‌تر و پایدارتر از نوآوری شده است؛ مرحله‌ای که زمینه را برای دستاورد‌های بسیار بزرگ‌تر در سال‌های پایانی این دهه فراهم می‌کند.