دنیای علم و فناوری با دستیابی به اولین مدار مجتمع یا آی سی کوانتومی (Quantum Integrated Circuit) وارد مرحله‌ای بی‌سابقه در پیشرفت تکنولوژی محاسباتی شده است. این دستاورد استثنایی توسط محققان شرکت Silicon Quantum Computing (SQC)، مستقر در سیدنی استرالیا، محقق شده و مرزهای دانش را به طرز قابل‌توجهی گسترش داده است. این آی سی، نه تنها راه را برای پیشرفت‌های سریع‌تر در حوزه کامپیوترهای کوانتومی باز کرده، بلکه امکاناتی بی‌سابقه را در شبیه‌سازی مولکولی و توسعه مواد جدید فراهم آورده است.
آی سی کوانتومی: مهندسی ماده در سطح اتمی
این آی‌سی در مقیاس اتمی طراحی و ساخته شده و شامل 10 نقطه کوانتومی است که در یک زنجیره به‌طور دقیق در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. اجزای این مدار مجتمع در سطح اتمی با دقتی بسیار بالا مهندسی شده‌اند، به‌طوری که فاصله بین آن‌ها یکسان باشد، سطح انرژی آن‌ها هماهنگ باشد، انسجام کوانتومی حفظ شود و الکترون‌ها بتوانند به راحتی از بین آن‌ها عبور کنند. تولید این تراشه شگرف توسط تیمی از محققان برجسته شرکت SQC، با ترکیب دانش عمیق در حوزه‌های فیزیک، نانوتکنولوژی و مهندسی مواد، به اجرا درآمده است. نتیجه این تلاش‌ها، تولید یک تراشه سیلیکونی در مقیاس اتمی بوده که نقاط کوانتومی به‌طور دقیق در ساختار آن تعبیه شده‌اند. این نقاط کوانتومی به‌عنوان اجزای کلیدی این تراشه عمل کرده و نقش سوئیچ‌های بسیار پیشرفته را ایفا می‌کنند که قادر به پردازش و ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی هستند. می‌توان گفت این آی سی کوانتومی، دروازه‌ای برای تحقق عملیات کوانتومی بوده و پایه‌های محاسبات کوانتومی پیشرفته را تشکیل می‌دهد. این پیشرفت به معنای گذر از محدودیت‌های کامپیوترهای کلاسیک است که توانایی مدل‌سازی مولکول‌های بزرگ و پیچیده را ندارند.
به منظور اثبات اعتبار این فناوری، آی سی کوانتومی تولید شده برای شبیه‌سازی دقیق مولکول آلی پلی‌استیلن که رفتار آن از پیش شناخته‌شده بود مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج به‌دست آمده از این مدل‌سازی کاملا با رفتار واقعی این مولکول هماهنگی داشته است. پروفسور میشل سیمونز، استاد فیزیک کوانتوم در UNSW و بنیان‌گذار SQC، این آی سی کوانتومی را بزرگ‌ترین نتیجه حرفه خود توصیف کرده و گفته‌است: «این یک پیشرفت بزرگ است. کامپیوترهای کلاسیک امروزی حتی در شبیه‌سازی مولکول‌های نسبتاً کوچک نیز به دلیل تعداد زیاد برهم‌کنش‌های ممکن بین اتم‌ها، با مشکل مواجه می‌شوند. توسعه فناوری آی سی در مقیاس اتمی SQC ، به شرکت و مشتریانش امکان می‌دهد مدل‌های کوانتومی برای طیف وسیعی از مواد شامل داروها، باتری‌ها یا کاتالیست‌ها بسازند. قابلیت مشاهده دقیق عملکرد مولکول‌ها در مقیاس اتمی می‌تواند بسیاری از حدس‌وگمان‌ها را در خلق مواد جدید حذف کند. به این ترتیب مواد جدیدی که هرگز پیش از این وجود نداشته‌اند قابل تولید می‌شوند.»
۲۰ سال تلاش و تحقیق: از نظریه تا عمل
پروفسور میشل سیمونز، این موفقیت را نتیجه بیش از دو دهه تلاش مداوم می‌داند. او که یکی از بنیان‌گذاران مرکز تحقیقات کوانتومی استرالیا نیز بوده است، توانسته با رهبری تیمی از محققان برجسته، این تراشه پیشرفته را در کمتر از ده سال به مرحله عملیاتی برساند.
پروفسور سیمونز اعلام کرده است که این دستاورد در بازه زمانی کوتاه‌تری نسبت به فناوری کلاسیک به دست آمده است. به عنوان مثال، اولین ترانزیستور در سال ۱۹۴۷ ساخته شده است، در حالی که ۱۱ سال طول کشیده تا اولین آی سی کلاسیک ساخته شود. اما در فناوری کوانتومی، تنها 9 سال پس از تولید اولین ترانزیستور کوانتومی، دانشمندان موفق به طراحی و تولید اولین آی سی کوانتومی شده‌اند.
گامی بلند به سوی تجاری‌سازی کامپیوترهای کوانتومی
دستیابی به اولین آی سی کوانتومی تنها نقطه شروعی برای تحقق اهداف بلندپروازانه SQC است. این شرکت اکنون در حال توسعه فناوری خود برای ساخت تراشه‌هایی با توان پردازشی بالاتر است که بتوانند وظایفی پیچیده‌تر از کامپیوترهای کلاسیک را به انجام برسانند. پروفسور سیمونز تاکید می‌کند که کامپیوترهای کلاسیک امروزی با وجود توانمندی‌های شگفت‌انگیز خود، در شبیه‌سازی سیستم‌های مولکولی به دلیل تعداد زیاد متغیرهای درگیر، دچار محدودیت هستند. این در حالی است که فناوری کوانتومی این مرزها را کنار زده و راه‌حل‌هایی دقیق و موثر ارائه می‌دهد.
دستیابی به این فناوری پیشرفته، نشان‌دهنده توانایی انسان در مهندسی ماده در مقیاس اتمی است. این موفقیت نه تنها استانداردهای جدیدی را برای علم و مهندسی تعریف کرده است، بلکه راه را برای نسل بعدی فناوری‌های کوانتومی هموار می‌کند. این گام‌های رو به جلو می‌توانند تحولی اساسی در صنایع مختلف از داروسازی و انرژی‌های پاک گرفته تا توسعه فناوری‌های پیشرفته برای ساخت مواد جدید و بهبود عملکرد باتری‌ها، ایجاد کنند.
جمع‌بندی
اولین مدار مجتمع کوانتومی نه تنها یک دستاورد فنی است، بلکه نمادی از توانایی انسان در گذر از محدودیت‌های سنتی علم و فناوری محسوب می‌شود. این پیشرفت، نویدبخش آینده‌ای روشن است که در آن محاسبات کوانتومی به ابزاری اساسی برای حل چالش‌های پیچیده جهانی تبدیل خواهد شد.