دوره‌های مدرسه کوانتوم سایکت

کامپیوترهای کوانتومی ابررسانا یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های کوانتومی امروز هستند که توسط شرکت‌ها و دولت‌های بزرگ جهان توسعه می‌یابند. این مجموعه شامل چهار دوره تخصصی است که مسیر طراحی، ساخت و راه‌اندازی این فناوری را از مبانی فیزیک کوانتومی تا ساخت تراشه و سامانه‌های کوانتومی پوشش می‌دهد.

مخابرات و توزیع کلید کوانتومی (QKD) یکی از فناوری‌های مهم کوانتومی است که با بهره‌گیری از اصول فیزیک کوانتوم، امنیت بالایی برای انتقال اطلاعات فراهم می‌کند. این دوره به معرفی مبانی QKD، بررسی پروتکل‌های مهم، اصول امنیتی و محدودیت‌های عملی آن‌ها می‌پردازد و دیدی جامع از کاربرد این فناوری در عصر تهدیدهای کامپیوترهای کوانتومی ارائه می‌دهد.

این دوره با هدف آشنایی دانشجویان و فارغ‌التحصیلان رشته‌های فنی‌مهندسی و علوم پایه با مبانی علوم اعصاب و کاربردهای علم کوانتوم در این حوزه برگزار می‌شود. شرکت‌کنندگان با ساختار و عملکرد مغز، فرایندهای شناختی، یادگیری، خواب، ادراک حواس پنجگانه و نقش پدیده‌های کوانتومی در سیستم‌های بینایی و بویایی آشنا خواهند شد.

این دوره فرصتی برای آشنایی با ابررسانایی، یکی از مهم‌ترین پدیده‌های کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی، است. در این دوره مفاهیمی مانند اثر مایسنر، نظریه BCS و اثر جوزفسون بررسی شده و ارتباط آن‌ها با مدارهای ابررسانا، کیوبیت‌های کوانتومی و فناوری‌هایی مانند Circuit QED معرفی می‌شود. این دوره با تمرکز بر درک عمیق مفاهیم فیزیکی، نقطه شروعی مناسب برای علاقه‌مندان به فیزیک ماده چگال، اطلاعات کوانتومی و فناوری‌های نوین است.

دوره «یادگیری ماشین کوانتومی» به بررسی تلفیق یادگیری ماشین و محاسبات کوانتومی می‌پردازد و با تمرکز بر مدل‌های ترکیبی کوانتوم-کلاسیک، استفاده از ویژگی‌های کوانتومی مانند برهم‌نهی، درهم‌تنیدگی و تداخل را برای توسعه الگوریتم‌های پیشرفته بررسی می‌کند. این دوره با هدف آشنایی با مبانی نظری و پیاده‌سازی الگوریتم‌های QML در نسل جدید کامپیوترهای کوانتومی NISQ طراحی شده است.

حسگرهای کوانتومی با بهره‌گیری از پدیده‌هایی مانند همدوسی، تداخل و درهم‌تنیدگی کوانتومی، امکان اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی با دقت و حساسیت بسیار بالا را فراهم می‌کنند. این حسگرها با عبور از محدودیت‌های حسگرهای کلاسیک، توانایی شناسایی تغییرات بسیار کوچک را داشته و در حوزه‌هایی مانند پزشکی، مخابرات، هوافضا و زمین‌شناسی کاربردهای گسترده‌ای دارند.

در این دوره، تاریخچه و انواع رمزنگاری کلاسیک، مفاهیم ریاضی مورد نیاز و الگوریتم‌هایی مانند RSA، ElGamal، رمزنگاری مبتنی بر خم‌های بیضوی و توابع مختلف Hash معرفی می‌شوند و در نهایت، اشاره‌ای کوتاه به چالش‌های رمزنگاری کلاسیک در عصر فناوری‌های کوانتوم خواهد شد.

زیست‌شناسی کوانتومی حوزه‌ای میان‌رشته‌ای در مرز زیست‌شناسی، شیمی و فیزیک است که نقش قوانین کوانتومی را در پدیده‌های زیستی در سطح مولکولی بررسی می‌کند؛ پیشرفت این حوزه می‌تواند به توسعه حسگرهای زیستی و کوانتومی، تشخیص دقیق‌تر بیماری‌ها، طراحی داروهای هدفمند و تصویربرداری پیشرفته پزشکی کمک کند. دوره آشنایی با مبانی زیست‌شناسی کوانتومی با معرفی مبانی سامانه‌های زیستی و مفاهیم کوانتومی، فرایندهایی مانند فتوسنتز، عملکرد آنزیم‌ها، جهت‌یابی مغناطیسی پرندگان و جهش‌های ژنتیکی را مورد مطالعه قرار می‌دهد. این دوره با ارائه مطالب از پایه تا مباحث پیشرفته، فرصتی برای آشنایی با زیست‌شناسی کوانتومی و شناخت مسیرهای پژوهشی، دانشگاهی و صنعتی آینده فراهم می‌کند.

در دهه‌های اخیر، توان محاسبات کلاسیک به تدریج به محدودیت‌های فیزیکی و فناورانه خود نزدیک شده است. کاهش سرعت پیشرفت قانون مور، همراه با افزایش پیچیدگی مسائل محاسباتی، موجب شده است که چالش‌هایی مانند شبیه‌سازی سامانه‌های مولکولی و مواد جدید، حل مسائل بهینه‌سازی در مقیاس بزرگ، و توسعه روش‌های رمزنگاری نسل آینده، فراتر از توان عملی بسیاری از سامانه‌های کلاسیک قرار گیرند. از این رو، آشنایی با مفاهیم و فناوری‌های کوانتومی، حتی در سطحی مفهومی، می‌تواند در سال‌های آینده به یک مزیت رقابتی ارزشمند برای متخصصان و سازمان‌ها تبدیل شود.

آینده، دیگر یک پیش‌بینی نیست؛ الگوریتمی است که در حال نگارش است. دنیای محاسبات در آستانه بزرگ‌ترین جهش خود از زمان اختراع ترانزیستور قرار دارد. کامپیوترهای کلاسیک به مرزهای فیزیکی خود نزدیک می‌شوند و در این میان، محاسبات کوانتومی به عنوان تنها مسیر معتبر برای حل مسائلی ظهور کرده که برای ابررایانه‌های امروزی نیز غیرقابل دسترس هستند.