ابزار نوین؛ زبان گمشده

با این‌‌حال، آنچه بیش از نبود ابزار یا دانش تخصصی تحقق این تحول را با چالش روبه‌‌رو کرده، فقدان یک زبان میان‌‌رشته‌‌ای برای پیوند دادن مفاهیم و رویکردهای متنوع علمی است؛ مانعی پنهان اما موثر که مرزهای فهم مشترک را در قلب پیشرفت‌‌های آینده محو می‌کند.گزارش سی‌‌انداین از نشست بهار ۲۰۲۵ انجمن شیمی آمریکا، بار دیگر نشان داد که رایانه‌‌های کوانتومی دیگر نه رویایی دوردست، بلکه ابزاری در آستانه ورود به واقعیت‌‌های صنعتی و علمی‌‌اند. 

در این نشست، که با حضور متخصصان برجسته محاسبات کوانتومی، شیمی محاسباتی و بازیگران اصلی صنعت برگزار شد، چشم‌‌انداز توانمندی‌‌های این فناوری نوین در حل مسائل پیچیده شیمیایی با وضوحی بی‌‌سابقه ترسیم شد. ناتان بیکر از شرکت مایکروسافت با تاکید بر ورود قریب‌‌الوقوع به عصری نوین گفت: «ما در آستانه ورود به دوره‌‌ای هستیم که رایانه‌‌های کوانتومی می‌توانند به‌‌صورت بالقوه بسیار بهتر از رایانه‌‌های کلاسیک عمل کنند.» در کنار او، دیدگاه‌‌های جیمی گارسیا (آی‌‌بی‌‌ام)، لورا گالیاردی (دانشگاه شیکاگو) و تاد کراوس (دانشگاه راچستر) نیز بر این نکته صحه گذاشتند که آینده علم، بدون درک ظرفیت‌‌های کوانتومی، قابل تصور نیست؛ آینده‌‌ای که مرزهای میان علم پایه و فناوری کاربردی را بیش از پیش درهم می‌‌ریزد.

ظرفیت بی‌‌سابقه محاسباتی

رایانه‌‌های کوانتومی همچنان در مرحله‌‌ ابتدایی و در عین حال در مرحله‌‌ای شگرف از تحول قرار دارند. برخلاف رایانه‌‌های کلاسیک که میلیاردها نسخه از آنها در سراسر جهان فعال است، تعداد رایانه‌‌های کوانتومی در مقیاس جهانی به چندصد دستگاه محدود می‌شود. این دستگاه‌‌ها از ویژگی‌‌های خاص و عجیب ذرات کوانتومی بهره می‌‌برند؛ ذراتی که قادرند به‌‌طور همزمان در چند وضعیت مختلف قرار گیرند، در حالی که در رایانه‌‌های کلاسیک هر بیت تنها می‌تواند یکی از دو وضعیت صفر یا یک را اختیار کند. این ویژگی چندحالتی یا برهم‌‌نهی کوانتومی، به رایانه‌‌های کوانتومی این امکان را می‌دهد که توان محاسباتی به‌‌مراتب بیشتری نسبت به همتایان کلاسیک خود داشته باشند. از ظرفیت‌‌های برجسته این فناوری، می‌توان به شتاب‌‌دهی در توسعه داروها، طراحی مواد نوین و حل مسائل پیچیده‌‌ای اشاره کرد که با ابزارهای کلاسیک قابل حل نیستند. 

جیمی گارسیا، کارشناس کاربردهای کوانتومی در شرکت آی‌‌بی‌‌ام، با اشاره به سرعت حیرت‌‌انگیز پیشرفت‌‌های صورت‌‌گرفته در این حوزه، آن را «خیره‌‌کننده» توصیف کرد و افزود: «پیشرفت در طراحی کیوبیت‌‌ها و الگوریتم‌‌های مرتبط با سرعتی باورنکردنی در حال وقوع است.» با این حال، لورا گالیاردی، شیمیدان محاسباتی در دانشگاه شیکاگو، هشدار داد که وضعیت کنونی رایانه‌‌های کوانتومی مشابه وضعیت رایانه‌‌های کلاسیک در دهه ۱۹۶۰ میلادی است؛ زمانی که رایانه‌‌ها ابتدایی به نظر می‌‌رسیدند و مسائلی که امروز به سادگی حل می‌‌شوند، در آن دوران غیرقابل حل بودند. واقعیت این است که تا به امروز هیچ مساله مهم در زمینه انرژی‌‌های تجدیدپذیر یا سلامت با استفاده از رایانه‌‌های کوانتومی به‌‌طور کامل حل نشده است، و حتی در حوزه شیمی کاربردی نیز، هنوز به نتایج قابل‌توجهی دست نیافته‌‌ایم. اما این موضوع به‌‌هیچ‌‌وجه نشان‌‌دهنده ناکارآمدی این فناوری نیست؛ بلکه به این معناست که باید برای رسیدن به دستاوردهای بزرگ، گام‌‌های کوچک برداشته شود.

مانع انسانی تحول

ناتوانی در گفت‌‌وگوی میان‌‌رشته‌‌ای با وجود پیشرفت‌‌های سخت‌‌افزاری و نرم‌‌افزاری، چالش اصلی تحقق ظرفیت‌‌های رایانه‌‌های کوانتومی، نه ابزار بلکه انسان‌‌ها هستند. گارسیا با انتقاد از فقدان ارتباط موثر میان کارشناسان، اظهار کرد: بارها شاهد بوده‌‌ام که متخصصان حوزه‌‌های گوناگون از جمله کوانتوم، رایانه‌‌های کلاسیک، شیمی محاسباتی و صنایع در یک اتاق جمع می‌‌شوند اما هر گروه با زبان تخصصی خود سخن می‌‌گوید. در چنین شرایطی، افراد درون یک گروه به دلیل تجربیات و اصطلاحات مشترک، یکدیگر را درک می‌کنند، اما میان گروه‌‌های مختلف نوعی گسست زبانی ایجاد می‌شود. وضعیتی مشابه زمانی که زیست‌‌‎شیمیدانان، شیمیدانان پلیمر، کارشناسان شیمی محاسباتی و سایر متخصصان، مقاله‌‌ها و ارائه‌‌های یکدیگر را نامفهوم می‌‌یابند. 

برای عبور از گفت‌‌وگوهای صرفا فلسفی درباره آنچه رایانه‌‌های کوانتومی شاید در آینده قادر به انجام آن باشند، لازم است این شکاف ارتباطی از میان برداشته شود. راه‌‌حل پیشنهادی، شناسایی و گردهم‌‌آوردن ارتباط‌‌گران موثر از رشته‌‌های گوناگون است؛ افرادی که توانایی تبیین مفاهیم پیچیده برای گروه‌‌های دیگر را دارند و می‌توانند از یکدیگر بیاموزند. این گروه باید ترکیبی از متخصصان رایانه، نظریه‌‌پردازان، آزمایشگران حوزه‌‌های شیمی، فیزیک، زیست‌‌شناسی، مهندسی، علوم محیطی و علم مواد باشد. اما کافی نیست؛ باید اقتصاددانان، کارشناسان حقوق، سلامت و محیط‌‌زیست نیز در این جمع حضور داشته باشند. در جریان این نشست، یکی از حاضران یادآور شد که ۹۶‌درصد از کالاهای تولیدشده، پایه‌‌ای در شیمی و علم مواد دارند. از این رو، باید از رایانه‌‌های کوانتومی برای بهبود محصولات در راستای منافع مصرف‌کنندگان استفاده کرد. تحقق این هدف، نیازمند زبانی مشترک میان متخصصان فناوری و دیگر حوزه‌‌های اجتماعی است.

کاربردهای فراگیر و آینده‌‌ای قابل لمس

یکی از کاربردهای راهبردی محاسبات کوانتومی، ارزیابی چرخه عمر محصولات در مقیاس گسترده است. به‌‌عنوان مثال، تحلیل هزینه، تاثیرات زیست‌‌محیطی، کارآیی و طول عمر پیش‌بینی‌‌شده صدها‌هزار محصول می‌تواند با قدرت محاسباتی رایانه‌‌های کوانتومی محقق شود. سپس، می‌توان برای هر محصول یک شاخص پایداری تعریف کرد؛ عددی ساده که به مصرف‌کنندگان، فارغ از پیش‌‌زمینه تحصیلی یا دانش فنی، امکان می‌دهد تصمیم‌‌ آگاهانه‌‌تری در خرید داشته باشند. برای تحقق چنین سناریویی، باید تعداد زیادی از افراد آموزش ببینند تا بتوانند محاسبات پیشرفته انجام دهند و نیز توانایی تشخیص موقعیت‌‌هایی را داشته باشند که رایانه‌‌های کوانتومی مزیت واقعی دارند. همچنین، ضروری است راهی مقرون‌‌به‌‌صرفه برای در دسترس قرار دادن این قدرت محاسباتی برای شمار بیشتری از مردم بیابیم. گرچه این هدف به‌‌غایت دشوار است، اما اگر محقق شود، می‌تواند جهان را متحول کند.

سخن آخر

محاسبات کوانتومی، با تمام ظرفیت‌‌های خارق‌‌العاده‌‌اش، هنوز راهی طولانی تا تحقق عملی و گسترده در پیش دارد. اما مسیر روشن است: سرمایه‌گذاری در آموزش، گسترش زبان مشترک میان تخصص‌‌ها و هدایت تلاش‌‌های فناورانه به سمت نیازهای واقعی بشر. آنچه امروز ر,یایی علمی به نظر می‌‌رسد، ممکن است فردا به واقعیتی اقتصادی و زیست‌‌محیطی بدل شود.