کتاب‌ها، مقالات و مجلات

معرفی کتاب علمی؛

کتاب Quantum Supremacy ؛ انقلاب رایانش کوانتومی

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : کتاب "Quantum Supremacy: How the Quantum Computer Revolution Will Change Everything" توسط میچیو کاکو (Michio Kaku) در سال ۲۰۲۴ با ژانر علمی ـ فناوری (فیزیک کوانتوم، آینده‌نگاری فناوری) منتشر شد.

کتاب "Quantum Supremacy" نوشته میچیو کاکو، فیزیکدان مشهور و آینده‌نگر، به بررسی انقلاب رایانش کوانتومی و تأثیرات شگفت‌انگیز آن بر علم، صنعت و زندگی روزمره می‌پردازد. کاکو در این کتاب توضیح می‌دهد که چگونه کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند مسائل لاینحل در فیزیک، پزشکی، هوش مصنوعی و امنیت سایبری را حل کنند و چرا این فناوری می‌تواند بزرگترین تحول تکنولوژیک قرن باشد.  

مهم‌ترین مباحثی که در کتاب بیان شده است:

۱. مبانی رایانش کوانتومی:

- تفاوت کامپیوترهای کلاسیک و کوانتومی  

- مفهوم کیوبیت (Qubit) و برهم‌نهی کوانتومی  

- پدیده درهم‌تنیدگی کوانتومی و کاربردهای آن  

۲. دستاوردهای فعلی و آینده:

- پیشرفت‌های شرکت‌هایی مانند گوگل، IBM و Honeywell در ساخت پردازنده‌های کوانتومی  

- احتمال شکستن رمزنگاری RSA و تأثیر آن بر امنیت جهانی  

- کاربردهای کوانتوم در کشف داروهای جدید و مدل‌سازی مولکولی  

۳. چالش‌ها و محدودیت‌ها:

 - مشکل "نویز کوانتومی" و دشواری حفظ حالت کوانتومی  

 - نیاز به خنک‌کننده‌های فوق‌سرد (نزدیک به صفر مطلق)  

 - رقابت بین قدرت‌های جهانی برای دستیابی به "برتری کوانتومی"  

۴. تأثیرات اجتماعی و اخلاقی: 

   - تهدیدات امنیتی ناشی از هک کوانتومی  

   - تغییر بازار کار با اتوماسیون پیشرفته  

   - امکان شبیه‌سازی سیستم‌های زیستی و هوش مصنوعی کوانتومی  

نقاط قوت کتاب:

زبان ساده و همه‌فهم: کاکو با مثال‌های ملموس (مثل مقایسه کیوبیت با سکه‌ای که همزمان شیر و خط است!) مفاهیم پیچیده را توضیح می‌دهد.  

ترکیب علم و آینده‌نگاری: پیش‌بینی‌های جذاب درباره دنیای ۲۰۵۰ و نقش کوانتوم در آن.  

منابع معتبر: ارجاع به تحقیقات جدید شرکت‌های پیشرو و دانشگاه‌های تراز اول.  

نقدها و محدودیت‌ها: 

خوش‌بینی افراطی: برخی منتقدان معتقدند کاکو بیش از حد به سرعت پیشرفت این فناوری خوشبین است.  

کم‌توجهی به جنبه‌های منفی: خطرات نظامی و نظارتی کوانتوم کمتر بررسی شده است.  

این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟

- علاقه‌مندان به فیزیک کوانتوم و فناوری‌های آینده 

- دانشجویان و پژوهشگران حوزه علوم کامپیوتر، مهندسی و هوش مصنوعی  

- کسانی که می‌خواهند بدانند تحولات علمی دهه آینده چگونه زندگی ما را تغییر خواهند داد.  

جملات کلیدی از کتاب:

_کوانتوم نه‌تنها قوانین فیزیک، بلکه قوانین امکان‌پذیری را بازنویسی می‌کند.

_اگر کامپیوترهای امروزی مانند شمع هستند، کامپیوترهای کوانتومی مانند لیزر خواهند بود. 

**نقش محاسبات کوانتومی در توسعه باتری‌های فوق‌پرانرژی: انقلابی در ذخیره‌سازی انرژی**  

کتاب "Quantum Supremacy" اثر میچیو کاکو (۲۰۲۴) به شکلی جذاب توضیح می‌دهد که چگونه کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند تحولی اساسی در طراحی باتری‌های آینده ایجاد کنند. در اینجا کلیدی‌ترین ایده‌ها را با مثال‌های ملموس شرح می‌دهیم:

۱. مشکل اصلی باتری‌های امروزی:

- محدودیت‌های شیمی کلاسیک: مواد فعلی (مثل لیتیوم-یون) به مرز نظری چگالی انرژی خود نزدیک شده‌اند.  

- فرآیند آزمون و خطا: کشف مواد جدید برای الکترودها یا الکترولیت‌ها ممکن است دهه‌ها زمان ببرد.  

۲. راه‌حل کوانتومی: شبیه‌سازی مواد در سطح اتمی

کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند رفتار کوانتومی الکترون‌ها در مواد را دقیق‌تر از ابرکامپیوترهای امروزی مدل‌سازی کنند:  

- مثال کاربردی:

  - شبیه‌سازی مولکول‌های پیچیده مانند لیتیوم-گوگرد (Li-S) یا باتری‌های حالت جامد برای یافتن ترکیبات با چگالی انرژی بالاتر.  

  - شرکت IBM Quantum در حال استفاده از کیوبیت‌ها برای بهینه‌سازی ساختار گرافن کوانتومی است که می‌تواند ظرفیت باتری را ۵ برابر کند.  

چرا کامپیوترهای کلاسیک شکست می‌خورند؟

  - محاسبه برهمکنش‌های الکترون-الکترون در یک ماده با ۱۰۰ اتم نیاز به بیش از عمر جهان دارد! اما یک پردازنده کوانتومی با ۳۰۰ کیوبیت این کار را در ساعت‌ها انجام می‌دهد.  

۳. دستاوردهای عملی تا امروز:  

- پروژه‌های پیشرو:

- تحقیقات Google Quantum AI** (۲۰۲۳): شبیه‌سازی رفتار **الکترولیت‌های فوق‌رسانا** برای باتری‌های با اتلاف انرژی نزدیک به صفر.  

- شرکت QuantumScape** (با حمایت فولکس واگن): استفاده از الگوریتم‌های کوانتومی برای طراحی **باتری‌های حالت جامد** با شارژ ۸۰٪ در ۱۵ دقیقه.  

- نقش کوانتوم در بازیافت باتری: 

- بهینه‌سازی فرآیند استخراج فلزات کمیاب (مثل کبالت) از باتری‌های مستعمل با کاهش ۷۰٪ انرژی مصرفی.  

۴. آینده پیش‌رو: باتری‌های کوانتومی

کاکو در کتاب پیش‌بینی می‌کند که تا ۲۰۳۵ این تحولات محقق شوند:  

- باتری‌های مبتنی بر مواد توپولوژیک: موادی که الکترون‌ها در آنها با مقاومت صفر حرکت می‌کنند (مانند پدیده‌های کوانتومی در ابررساناها).  

- ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه: باتری‌های کوانتومی می‌توانند انرژی تجدیدپذیر را با بازدهی ۹۹٪ ذخیره کنند و مشکل نوسانات باد/خورشید را حل نمایند.  

۵. چالش‌های باقی‌مانده:

- پایداری کیوبیت‌ها: نویز کوانتومی هنوز باعث خطا در شبیه‌سازی‌های پیچیده می‌شود.  

- هزینه بالای توسعه: ساخت پردازنده‌های کوانتومی اختصاصی برای علم مواد نیاز به سرمایه‌گذاری دولتی دارد.  

ندا دهقانی‌زاده، دانشجوی دکتری کامپیوتر

انتهای پیام/