بنیانگذاران علم اطلاعات کوانتومی برنده جایزه تورینگ شدند
انجمن ماشینهای محاسباتی (ACM) اعلام کرد که ژیل براسار و چارلز اچ. بنت بهدلیل نقش بنیادین خود در شکلگیری علم اطلاعات کوانتومی و ایجاد تحول در حوزه ارتباطات و رایانش امن برنده مشترک جایزه تورینگ شدهاند. این جایزه که از معتبرترین جوایز علوم رایانه در جهان بهشمار میرود، امسال با مبلغ یک میلیون دلار بهطور مشترک به این دو پژوهشگر اهدا میشود. این تصمیم در ۱۸ مارس در شهر نیویورک اعلام شد.
به گزارش نیچر، پیشینه علمی این دو برنده در نگاه نخست متفاوت به نظر میرسد. ژیل براسار استاد علوم رایانه در دانشگاه مونترال کانادا است در حالی که چارلز بنت فیزیکدان و پژوهشگر در مرکز تحقیقاتی آیبیام در یورکتاون هایتس نیویورک محسوب میشود. با وجود این تفاوتها همکاریهای علمی این دو از دهه ۱۹۷۰ آغاز شد و به شکلگیری یکی از مهمترین حوزههای میانرشتهای علم معاصر انجامید.
این نخستین بار است که جایزه تورینگ به پژوهشهایی اعطا میشود که ریشه مستقیم در فیزیک کوانتومی دارند. بنت و براسار از دهه ۱۹۷۰ به بررسی این موضوع پرداختند که چگونه پدیدههای کوانتومی میتوانند امکان انجام وظایفی را فراهم کنند که در چارچوب فناوری اطلاعات کلاسیک قابل دستیابی نیست.
چارلز بنت در اینباره میگوید در سالهای اولیه بسیاری از دانشمندان این ایدهها را غیرواقعی میدانستند. به گفته او در آن زمان کمتر کسی تصور میکرد که اثرات کوانتومی بتوانند برای انجام کارهایی بهکار روند که از نظر روشهای کلاسیک غیرممکن به نظر میرسند.
ژیل براسار نیز در واکنش به دریافت این جایزه گفت این افتخار او را «بسیار خوشحال» کرده است. او افزود اگر در هر مقطعی از زندگی حرفهایاش از او پرسیده میشد که آرزو دارد به کدام دستاورد برسد بدون تردید جایزه تورینگ را انتخاب میکرد.
استفانی ونر پژوهشگر ارتباطات کوانتومی در دانشگاه فناوری دلفت در هلند تاکید میکند که بنت و براسار نقش بسیار مهمی در بنیانگذاری علم اطلاعات کوانتومی داشتهاند. او توضیح میدهد که اطلاعات کوانتومی صرفا ابزاری برای پردازش اطلاعات کلاسیک نیست بلکه امکان انجام کارهایی را فراهم میکند که هیچ معادل کلاسیکی ندارند.
به گفته جاناتان اوپنهایم، فیزیکدان نظری در کالج دانشگاهی لندن دستاوردهای این دو دانشمند نهتنها مسیر توسعه یک حوزه کامل از فناوری را هموار کرد بلکه درک پژوهشگران از ماهیت جهان را نیز عمیقتر ساخت. او توضیح میدهد که پژوهشگران از مفاهیم اطلاعات کوانتومی برای بررسی برخی از پیچیدهترین مسائل فیزیک از جمله معماهای مربوط به سیاهچالهها استفاده کردهاند. به گفته اوپنهایم انقلاب در نظریه اطلاعات کوانتومی اکنون دادهها و بینشهای تازهای درباره ساختار فیزیکی جهان ارائه میدهد.
رمزنگاری کوانتومی آغاز یک تحول
الهامبخش بخشی از پژوهشهای بنت و براسار، کارهای استیون ویزنر، فیزیکدان پیشگام آمریکایی در اواخر دهه ۱۹۶۰ بود. ویزنر نخستین کسی بود که پیشنهاد داد ویژگیهای عجیب و غیرمعمول ذرات کوانتومی مانند فوتونها که پیشتر بهعنوان مانعی برای کاربردهای عملی در نظر گرفته میشدند، میتوانند در واقع بهصورت مفید مورد استفاده قرار گیرند.
در سال ۱۹۸۴ بنت و براسار نخستین طرح عملی برای توزیع کلید رمزنگاری کوانتومی را ارائه کردند. در این روش فرستنده پیام میتواند یک کلید رمزنگاری را از طریق جریان فوتونها با گیرنده به اشتراک بگذارد. ویژگی مهم این روش آن است که هرگونه تلاش برای رهگیری یا شنود این جریان باعث تغییر حالت کوانتومی فوتونها میشود و در نتیجه بهسرعت مشخص میشود که ارتباط مورد شنود قرار گرفته است. بعدها در همان دهه گروهی به رهبری بنت در آیبیام موفق شد این روش را برای نخستین بار بهصورت آزمایشی نشان دهد.
تلهپورتاسیون کوانتومی؛ انتقال اطلاعات بدون جابهجایی ماده
یکی دیگر از دستاوردهای مهم این حوزه در سال ۱۹۹۳ به دست آمد. در آن زمان گروهی متشکل از چارلز بنت، ژیل براسار و چهار پژوهشگر دیگر مفهوم تلهپورتاسیون کوانتومی را معرفی کردند. این پدیده بر اساس اصل درهمتنیدگی کوانتومی عمل میکند؛ وضعیتی که در آن دو ذره حتی در فاصلههای بسیار زیاد نیز یک حالت کوانتومی مشترک دارند.
در فرآیند تلهپورتاسیون کوانتومی دو ذره درهمتنیده که یکی نزد فرستنده و دیگری نزد گیرنده قرار دارد میتوانند بهعنوان یک کانال برای انتقال اطلاعات کوانتومی از یک مکان به مکان دیگر عمل کنند.
بنت میگوید نام «تلهپورتاسیون» را به دلیل شباهت مفهومی آن با داستانهای علمیتخیلی پیشنهاد داده است. با این حال او تاکید میکند که این پدیده به معنای جابهجایی فیزیکی انسان یا اشیا مانند آنچه در سریال «پیشتازان فضا» دیده میشود، نیست. به گفته او در تلهپورتاسیون کوانتومی هیچ جسمی از مکانی ناپدید نمیشود تا در نقطه دیگری ظاهر شود؛ بلکه آنچه منتقل میشود صرفا اطلاعات کوانتومی است.
تلهپورتاسیون کوانتومی نقش مهمی در توسعه سامانههای ارتباطی فوقامن داشته است و امروزه بهعنوان یکی از روشهای رایج برای انتقال اطلاعات درون رایانههای کوانتومی و همچنین میان رایانههای کوانتومی مختلف به کار میرود. این پدیده همچنین در اثبات این نکته اهمیت داشته است که برخی از پدیدههای جهان هیچ توضیح کلاسیکی ندارند و عجیببودن کوانتومی واقعا بخشی از قوانین بنیادی فیزیک است؛ نتیجهای که برخلاف دیدگاههای اولیه آلبرت اینشتین درباره مکانیک کوانتومی بود.
در سال ۲۰۲۲ نیز سه فیزیکدان تجربی بهدلیل انجام آزمایشهایی که وجود این پدیده را نشان دادند برنده جایزه نوبل فیزیک شدند.
فناوریهای مبتنی بر مکانیک کوانتومی امروز اغلب با عنوان انقلاب دوم کوانتومی توصیف میشوند. انقلاب نخست با کشف و توسعه نظریه مکانیک کوانتومی در فاصله میان دو جنگ جهانی شکل گرفت. در دهه گذشته حوزه فناوری کوانتومی رشد چشمگیری داشته و سرمایهگذاریهای گستردهای را جذب کرده است، هرچند بسیاری از وعدهها درباره رایانههای کوانتومی قدرتمند و ایجاد اینترنت کوانتومی هنوز بهطور کامل محقق نشدهاند.
براسار میگوید پیشرفتهای اخیر در رایانش کوانتومی بسیار قابلتوجه بوده و اکنون دیگر تردید چندانی وجود ندارد که رایانههای کوانتومی قدرتمند در آیندهای نهچندان دور ظهور خواهند کرد. او همچنین به آزمایشهایی اشاره میکند که در چین انجام شده و نشان میدهد ایجاد اینترنت کوانتومی نیز در مسیر تحقق قرار گرفته است.
با این حال براسار تاکید میکند که در سالهای اولیه فعالیت خود هرگز تصور نمیکرد که فناوری کوانتومی روزی به صنعتی بزرگ تبدیل شود. او میگوید: من و چارلی بنت فقط از مطرح کردن و بررسی آن ایدههای عجیب لذت میبردیم.
چارلز بنت نیز میگوید اگرچه تبدیل شدن این حوزه به صنعتی چندمیلیارد دلاری اتفاق مثبتی است اما آنچه برای او جذابتر است خود ایدهها و تاریخ شکلگیری آنهاست.
انتهای پیام/
