به گزارش پایگاه خبری اکونوآوری، آزمایشگاه آموزشی اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی دانشگاه اصفهان با حمایت کامل معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری و با حضور حسین افشین، معاون علمی رئیس‌جمهور، امروز، ۲۲ مهرماه، در ادامه سفر به استان اصفهان افتتاح شد؛ زیرساختی آموزشی و پژوهشی که با فراهم‌کردن امکان انجام آزمایش‌های پایه و پیشرفته کوانتومی، زمینه تربیت نیروی انسانی متخصص و توسعه فعالیت‌های تجربی در این حوزه را تقویت می‌کند.
افشین با تأکید بر آمادگی معاونت علمی برای حمایت از توسعه فناوری‌های کوانتومی، تربیت نیروی انسانی متخصص و تأمین زیرساخت‌های آموزشی و پژوهشی را از اولویت‌های این معاونت در شکل‌دهی به زیست‌بوم کوانتوم کشور دانست. وی با اشاره به حمایت از ایجاد سه آزمایشگاه آموزشی کوانتومی در دانشگاه‌های کشور، هدف از این اقدام را پیوند آموزش نظری با تجربه عملی، توانمندسازی دانشجویان برای ورود به فعالیت‌های پژوهشی و فناورانه و فراهم‌کردن زمینه تربیت نیروی انسانی موردنیاز توسعه این فناوری در کشور عنوان کرد.
توسعه زیرساخت‌های آموزشی و پژوهشی، تربیت نیروی انسانی متخصص و فراهم‌کردن امکان تجربه عملی مفاهیم کوانتومی، از الزامات گسترش زیست‌بوم فناوری‌های کوانتومی در کشور، مبتنی بر معماری نوین حکمرانی علم، فناوری و نوآوری است.
آزمایشگاه آموزشی اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی دانشگاه اصفهان نیز با همین رویکرد و با حمایت کامل معاونت علمی تأمین و تجهیز شده است تا دانشجویان و پژوهشگران بتوانند در کنار آموزش نظری، پدیده‌ها و اصول بنیادین این حوزه را در محیط آزمایشگاهی بررسی کنند و زنجیره ارزش این فناوری، از آموزش نیروی انسانی تا مرحله محصول بازارمحور و ایجاد اقتدار فناورانه در این حوزه محقق شود.
این آزمایشگاه در چارچوب برنامه معاونت علمی برای ایجاد سه آزمایشگاه آموزشی کوانتومی در دانشگاه‌های کشور راه‌اندازی شده است. بر اساس این برنامه، آزمایشگاه‌های آموزشی مشابهی نیز در دانشگاه صنعتی شریف و دانشگاه شهید بهشتی ایجاد شده‌اند تا دسترسی دانشگاهیان به تجهیزات آزمایشگاهی موردنیاز برای آموزش و یادگیری تجربی فناوری‌های کوانتومی گسترش یابد.
توانایی انجام حدأقل ۹ آزمایش پایه و پنج آزمایش پیشرفته در حوزه کوانتوم
آزمایشگاه آموزشی اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی دانشگاه اصفهان با برخورداری از چهار کیت آزمایشگاهی پیشرفته و مجموعه‌ای از تجهیزات تخصصی، امکان انجام ۹ آزمایش پایه و پنج آزمایش پیشرفته را فراهم می‌کند. این مجموعه آزمایش‌ها از مباحث مقدماتی اپتیک کوانتومی آغاز می‌شود و تا بررسی پدیده‌های پیشرفتهای مانند درهم‌تنیدگی کوانتومی، آزمون نامساوی بل و توزیع کلید کوانتومی امتداد می‌یابد.
از جمله آزمایش‌های پایه این مجموعه می‌توان به آزمایش‌های مرتبط با تک‌فوتون‌ها، تولید زوج‌فوتون‌های درهم‌تنیده، آزمایش هانبری براون و توئیست در رژیم کلاسیکی و کوانتومی، اندازه‌گیری قطبش فوتون‌های منفرد با استفاده از آزمایش مالوس، تداخل‌سنج مایکلسون تک‌فوتونی و بررسی ویژگی‌های لیزر کوانتومی اشاره کرد.
در بخش آزمایش‌های پیشرفته نیز امکان بررسی نامساوی بل، بازسازی اطلاعات حالت کوانتومی از طریق توموگرافی کوانتومی و اجرای آزمایش‌های مرتبط با توزیع کلید کوانتومی (QKD) مبتنی بر درهم‌تنیدگی فراهم شده است. این آزمایش‌ها به دانشجویان کمک می‌کنند تا مفاهیمی مانند رفتار احتمالاتی سامانه‌های کوانتومی، دوگانگی موج و ذره، درهم‌تنیدگی و مبانی ارتباطات امن کوانتومی را به‌صورت تجربی بررسی کنند.
برنامه آموزشی این آزمایشگاه به‌گونه‌ای طراحی شده است که دانشجویان پس از گذراندن دروس اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی و هم‌زمان با آموزش روش‌های تجربی در فیزیک، بتوانند در چندین جلسه آزمایشگاهی با تجهیزات تخصصی کار کنند. با توجه به تعداد آزمایش‌ها و پیچیدگی مراحل اجرایی، گذراندن کامل این مجموعه به بیش از یک نیمسال تحصیلی نیاز دارد و می‌تواند در قالب برنامه‌های آموزشی تکمیلی ارائه شود.
پیوند آموزش نظری با تجربه عملی در فناوری‌های کوانتومی
فناوری‌های کوانتومی بر بهره‌گیری از ویژگی‌های بنیادین سامانه‌های کوانتومی، از جمله برهم‌نهی، درهم‌تنیدگی و رفتار احتمالاتی ذرات، استوار هستند. آموزش این مفاهیم صرفاً در کلاس‌های نظری، امکان درک کامل برخی از پدیده‌ها و چالش‌های تجربی این حوزه را فراهم نمی‌کند؛ ازاین‌رو، دسترسی به تجهیزات آزمایشگاهی تخصصی، یکی از پیش‌نیازهای تربیت نیروی انسانی آماده ورود به فعالیت‌های پژوهشی و توسعه فناوری‌های کوانتومی به شمار می‌رود.
این آزمایشگاه با فراهم‌کردن امکان مشاهده و اندازه‌گیری پدیده‌های کوانتومی، به دانشجویان کمک می‌کند تا مفاهیم آموخته‌شده در کلاس‌های درس را در محیط عملی تجربه کنند. همچنین، آشنایی با تجهیزات و روش‌های اندازه‌گیری کوانتومی، زمینه را برای مشارکت مؤثرتر دانش‌آموختگان در پروژه‌های پژوهشی و فعالیت‌های فناورانه مرتبط فراهم می‌سازد.
بهره‌گیری از این زیرساخت در مرحله نخست بر آموزش دانشجویان و پژوهشگران آشنا با مبانی اپتیک و اطلاعات کوانتومی متمرکز است؛ با این حال، امکان طراحی برخی آزمایش‌های منتخب برای دانشجویان دوره کارشناسی رشته‌های فیزیک و مهندسی برق که دروس مرتبط با مکانیک کوانتومی را گذرانده‌اند نیز وجود دارد.
از سوی دیگر، تجهیزات این آزمایشگاه علاوه بر کارکرد آموزشی، ظرفیت تعریف و اجرای پروژه‌های پژوهشی را نیز دارند و می‌توانند در آینده برای توسعه فعالیت‌های تجربی دانشگاه در حوزه اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی مورد استفاده قرار گیرند.
پیشرفت کوانتوم از آموزش تا پژوهش و فناوری با حمایت معاونت علمی از «توسعه زیرساخت‌های کوانتومی»
معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری در سال‌های اخیر، توسعه زیست‌بوم فناوری‌های کوانتومی را با تمرکز بر تأمین زیرساخت، تقویت ظرفیت‌های پژوهشی و تربیت نیروی انسانی متخصص دنبال کرده است. در این چارچوب، ایجاد و حمایت از مراکز کوانتومی، آزمایشگاه‌های پژوهشی و زیرساخت‌های آموزشی در دستور کار قرار گرفته است.
توسعه آزمایشگاه‌های آموزشی، یکی از حلقه‌های این زنجیره به شمار می‌رود؛ چراکه تربیت نیروی انسانی متخصص در فناوری‌های کوانتومی، علاوه بر برخورداری از دانش نظری، به تجربه کار با تجهیزات، تسلط بر روش‌های اندازه‌گیری و توانایی تحلیل نتایج آزمایشگاهی نیاز دارد.
راه‌اندازی آزمایشگاه آموزشی اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی دانشگاه اصفهان، در همین راستا، امکان اتصال آموزش دانشگاهی به فعالیت‌های تجربی را تقویت می‌کند و زمینه را برای آماده‌سازی دانشجویان جهت ورود به پروژه‌های پژوهشی و حوزه‌های کاربردی فناوری کوانتومی فراهم می‌آورد.
بازدید از مرکز علوم و فناوری‌های کوانتومی دانشگاه اصفهان
حسین افشین، معاون علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان رئیس‌جمهور، همچنین در ادامه برنامه‌های سفر خود به استان اصفهان، از مرکز علوم و فناوری‌های کوانتومی دانشگاه اصفهان بازدید کرد و در جریان فعالیت‌های آزمایشگاهی، ظرفیت‌های پژوهشی و طرح‌های فناورانه این مرکز قرار گرفت.
در جریان این بازدید، بخش‌های مختلف مرکز از جمله آزمایشگاه تصویربرداری کوانتومی، آزمایشگاه اپتیک کوانتومی، آزمایشگاه میکروسکوپی کوانتومی، آزمایشگاه رمزنگاری و توزیع کلید کوانتومی و بخش‌های مرتبط با پردازش و ساخت مواد مورد استفاده در فناوری‌های کوانتومی معرفی شدند.
یکی از فناوری‌های مورد بررسی در آزمایشگاه تصویربرداری کوانتومی، تصویربرداری با استفاده از فوتون‌های آشکارنشده (Undetected Photons) است. در این روش، فوتونی که با جسم برهم‌کنش می‌کند، مستقیماً وارد آشکارساز نمی‌شود؛ در مقابل، اطلاعات لازم برای تشکیل تصویر از طریق فوتون دیگری با طول موج قابل آشکارسازی استخراج می‌شود. این قابلیت می‌تواند امکان تصویربرداری از نمونه‌ها در طول موج‌هایی را فراهم کند که آشکارسازهای متناسب با آن‌ها در دسترس نیستند یا هزینه بالایی دارند.
استفاده از این روش برای تصویربرداری در طول موج‌های مادون قرمز، از جمله کاربردهای مورد توجه این فناوری است. در این شرایط، می‌توان از ویژگی‌های فوتون‌های دارای طول موج موردنظر برای برهم‌کنش با نمونه استفاده کرد و اطلاعات تصویری را با کمک فوتون‌های قابل آشکارسازی در محدوده مرئی به دست آورد. این رویکرد ظرفیت بررسی کاربردهای بالقوه تصویربرداری کوانتومی در حوزه‌هایی مانند تصویربرداری زیستی و پزشکی را دارد.
در بخش دیگری از این مرکز، فعالیت‌های مرتبط با میکروسکوپی کوانتومی بر پایه نور فشرده‌شده (Squeezed Light) معرفی شد. این روش از ویژگی‌های غیرکلاسیکی نور برای بررسی و اندازه‌گیری سامانه‌ها بهره می‌گیرد.
همچنین، آزمایشگاه رمزنگاری و توزیع کلید کوانتومی، از دیگر بخش‌های معرفی‌شده در این بازدید بود. این حوزه با استفاده از اصول مکانیک کوانتومی، روش‌هایی برای ایجاد و توزیع کلیدهای رمزنگاری با قابلیت تشخیص برخی انواع شنود فراهم می‌کند و از موضوعات مهم در توسعه ارتباطات امن کوانتومی به شمار می‌رود.
معرفی طرح اولیه شبکه ارتباطات کوانتومی ایران
در جریان بازدید معاون علمی رئیس‌جمهور، طرح اولیه شبکه ارتباطات کوانتومی ایران (IQCN) نیز معرفی شد. در این بخش، ابعاد اولیه طرح، فعالیت‌های مرتبط با اثبات فناوری و توضیحات مربوط به فاز نخست آن ارائه شد.
همچنین، برخی طرح‌های مبتنی بر هم‌افزایی هوش مصنوعی و فناوری‌های کوانتومی، از جمله کاربردهای هوش مصنوعی در آموزش تخصصی دانشگاهی و راهکارهای ارتقای امنیت تبادل داده با بهره‌گیری از فناوری‌های کوانتومی، مورد معرفی و بررسی قرار گرفتند.
این طرح‌ها در چارچوب ظرفیت‌های پژوهشی مرکز برای توسعه فناوری‌های نوین و بررسی زمینه‌های کاربردی هم‌افزایی هوش مصنوعی و کوانتوم مطرح شدند؛ حوزه‌ای که با پیشرفتهای جهانی در محاسبات، ارتباطات و حسگری کوانتومی، اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده است.
تأکید بر هم‌افزایی هوش مصنوعی و فناوری‌های کوانتومی
افشین در حاشیه این مراسم و بازدید از مرکز علوم و فناوری‌های کوانتومی دانشگاه اصفهان، با اشاره به اهمیت فناوری‌های کوانتومی در تحولات آینده علم و فناوری، بر ضرورت حرکت کشور همگام با پیشرفتهای جهانی این حوزه تأکید کرد.
وی در گفت‌وگو با پژوهشگران و متخصصان مرکز علوم و فناوری‌های کوانتومی، با اشاره به روندهای پیش روی فناوری‌های پیشرفته، هم‌افزایی هوش مصنوعی و فناوری‌های کوانتومی و بهره‌گیری از ظرفیت دوقلوهای دیجیتال را از موضوعات قابل توجه در توسعه فناوری‌های آینده دانست.
توسعه محاسبات کوانتومی، ارتباطات و رمزنگاری کوانتومی و حسگرهای کوانتومی از محورهای اصلی فناوری‌های کوانتومی به شمار می‌روند. در حوزه محاسبات، سامانه‌های کوانتومی ظرفیت حل برخی مسائل خاص را با روش‌هایی متفاوت از محاسبات کلاسیک دارند؛ در حوزه ارتباطات و رمزنگاری، نیز توسعه روش‌های نوین توزیع کلید و ارتباطات امن دنبال می‌شود. حسگرهای کوانتومی هم با بهره‌گیری از ویژگی‌های کوانتومی ماده و نور، قابلیت افزایش دقت اندازه‌گیری در برخی کاربردهای تخصصی را دارند.
در مجموع، افتتاح آزمایشگاه آموزشی اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی دانشگاه اصفهان و توسعه زیرساخت‌های پژوهشی این مرکز، گامی در مسیر تکمیل زنجیره آموزش، پژوهش و توسعه فناوری‌های کوانتومی در کشور است؛ زنجیره‌ای که تقویت آن به تربیت نیروی انسانی متخصص، افزایش ظرفیت انجام آزمایش‌های پیشرفته و فراهم‌شدن زمینه توسعه کاربردهای صنعتی و فناورانه این حوزه کمک می‌کند.
