سه آزمایشگاه کوانتومی افتتاح شد؛ دانشجویان با فوتون واقعی کار می‌کنند

بر پایه گفت‌وگوی نورنیوز با حسین افشین، سه آزمایشگاه آموزشی کوانتوم در دانشگاه‌های اصفهان، شهید بهشتی و صنعتی شریف به‌ترتیب در ۲۲، ۲۵ و ۲۸ مهر ۱۴۰۵ افتتاح شدند؛ معاون علمی رئیس‌جمهور هدف آن‌ها را فراهم‌کردن «زمینه پیوند مؤثرتر آموزش نظری با مهارت‌های عملی» توصیف کرد. این مراکز با حمایت معاونت علمی ریاست‌جمهوری راه‌اندازی شده‌اند تا دانشجویان پدیده‌های کوانتومی را با تجهیزات آزمایشگاهی اندازه بگیرند.

در گزارش پرس‌تی‌وی از این سه مرکز، تولید و آشکارسازی تک‌فوتون و زوج‌فوتون، بررسی درهم‌تنیدگی، آزمون نامساوی بل، تداخل دوفوتونی و توموگرافی کوانتومی در فهرست امکانات آموزشی طرح آمده است. وجه مشترک این آزمایش‌ها کار با نور، آشکارساز و داده‌ای است که از یک چیدمان فیزیکی به دست می‌آید. فهرست تجمیعی، موجودی دقیق تجهیزات در تک‌تک دانشگاه‌ها را مشخص نمی‌کند.

سه محل برای آموزش تجربی کوانتوم

افتتاح‌ها از دانشگاه اصفهان آغاز شد و در دانشگاه شهید بهشتی و سپس دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف ادامه یافت. عنوان کلی طرح، آموزش اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی است: دانشجو با رفتار نور در مقیاس کوانتومی و روش‌های استخراج اطلاعات از اندازه‌گیری آشنا می‌شود. قرارگرفتن آزمایشگاه‌ها در اصفهان و تهران، این زیرساخت آموزشی را به چند محیط دانشگاهی می‌برد.

باید میان ظرفیت اعلام‌شده برای مجموعه آزمایشگاه‌ها و برنامه هر محل تفاوت گذاشت. امکان انجام آزمون بل یا توموگرافی در طرح سه‌دانشگاهی به‌تنهایی نشان نمی‌دهد که هر آزمایش در همه مراکز، با یک چیدمان یا برای یک گروه دانشجویی برگزار می‌شود. همین تفاوت برای دانشجویی که می‌خواهد بداند چه آموزشی در دانشگاه خودش در دسترس است، مهم‌تر از نام مشترک طرح است.

هدف آموزشی این افتتاح‌ها، اندازه‌گیری مستقیم پدیده‌هایی است که معمولاً ابتدا در درس با فرمول و نمودار معرفی می‌شوند. در شبیه‌سازی، دانشجو با مدلی از دستگاه و خروجی محاسبه‌شده کار می‌کند؛ در آزمایشگاه، باید داده حاصل از منبع نور و آشکارساز را تفسیر کند. تغییر تنظیمات دستگاه و کیفیت ثبت رویدادها می‌تواند بر نتیجه اثر بگذارد و بخشی از یادگیری دقیقاً شناخت همین وابستگی است.

از آشکارسازی فوتون تا بازسازی حالت کوانتومی

در آزمایش تک‌فوتون، «دیدن فوتون» به معنای مشاهده آن با چشم نیست. آشکارساز رویداد دریافت نور را ثبت می‌کند و تکرار ثبت‌ها داده‌ای برای بررسی رفتار آماری نور می‌سازد. دانشجو از این راه رابطه میان آنچه دستگاه اندازه می‌گیرد و مفهومی را که در کلاس درباره فوتون آموخته است، بررسی می‌کند.

آزمایش زوج‌فوتون امکان مطالعه همبستگی میان نتیجه‌های دو اندازه‌گیری را فراهم می‌کند. وقتی موضوع درهم‌تنیدگی است، پرسش فقط ثبت هم‌زمان رویدادها نیست؛ باید دید نتیجه‌ها با تغییر تنظیمات اندازه‌گیری چه رابطه‌ای دارند. آزمون نامساوی بل این رابطه را با حدی مقایسه می‌کند که برای دسته‌ای از توضیح‌های کلاسیک به دست می‌آید. تفسیر آزمایش به داده کافی و ثبت دقیق شرایط اندازه‌گیری وابسته است.

تداخل دوفوتونی و توموگرافی، دو نوع کار متفاوت با همان داده‌های آزمایشگاهی را پیش می‌کشند. در تداخل، تغییر شرایط ورود یا مسیر فوتون‌ها می‌تواند الگوی رویدادهای ثبت‌شده را عوض کند. در توموگرافی کوانتومی، اطلاعات مربوط به حالت سامانه از مجموعه‌ای از اندازه‌گیری‌ها بازسازی می‌شود؛ یک ثبت منفرد برای چنین بازسازی‌ای کافی نیست.

در فهرست امکانات طرح، توزیع کلید کوانتومی و بررسی سامانه‌های مبتنی بر مراکز رنگی الماس نیز آمده است. این موضوع‌ها دامنه آموزش را از رفتار فوتون‌ها به روش‌های اطلاعاتی و بسترهای فیزیکی دیگر می‌برند. نام‌بردن از آن‌ها به معنای اعلام یک شبکه ارتباطی عملیاتی یا محصول آماده عرضه نیست؛ در خبر افتتاح، جایگاهشان در مجموعه آزمایش‌های قابل آموزش بیان شده است.

شهید بهشتی چه امکاناتی معرفی کرده است؟

در خبر تسنیم از افتتاح شهید بهشتی، کیت‌های آموزشی تولید نور فشرده، تصویربرداری و حسگری کوانتومی معرفی شده‌اند و مهری حمیدی، معاون پژوهش و فناوری دانشگاه، گفته است درس مرتبط برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی در سامانه گلستان ارائه شده است. این خبر برای آن دانشگاه هم نوع تجهیزات و هم مسیر استفاده آموزشی از آن‌ها را مشخص می‌کند.

نور فشرده برای بررسی نوسان‌های نور و نقش آن‌ها در اندازه‌گیری به کار می‌رود. تصویربرداری و حسگری نیز پرسش آزمایش را به استخراج اطلاعات از یک سیگنال پیوند می‌زنند. وجود کیت آموزشی به دانشجو فرصت می‌دهد تنظیم دستگاه، ثبت خروجی و تفسیر داده را در کنار مبانی نظری تمرین کند؛ نتیجه چنین تمرینی با صرف آشنایی با تعریف‌های کتابی یکسان نیست.

ارائه درس در سامانه دانشگاه، رابطه روشن‌تری میان کلاس و این آزمایشگاه برقرار می‌کند، اما به‌خودی‌خود تعداد جلسات عملی یا شمار دانشجویانی را که تاکنون از تجهیزات استفاده کرده‌اند نشان نمی‌دهد. آنچه فعلاً مشخص است، افتتاح مجموعه، معرفی کیت‌ها و قرارگرفتن درس مرتبط در مسیر آموزشی تحصیلات تکمیلی است. جزئیات اجرای درس، تصویر دقیق‌تری از میزان استفاده روزمره از آزمایشگاه خواهد داد.

مرز آزمایشگاه آموزشی و محصول صنعتی

ارزش اصلی این مراکز در دسترسی به آزمایش و مهارت اندازه‌گیری است. تولید زوج‌فوتون، آزمون بل یا بازسازی حالت کوانتومی می‌تواند بخشی از آموزش پژوهشگر آینده باشد، اما افتتاح این زیرساخت‌ها اعلام ساخت رایانه کوانتومی نیست. ابزار یک آزمایش آموزشی ممکن است اصل فیزیکی یک فناوری را نشان دهد، بی‌آنکه سامانه‌ای آماده استفاده صنعتی فراهم کرده باشد.

این تمایز به‌ویژه درباره آزمایش‌های اطلاعات کوانتومی مهم است. اجرای یک تمرین درباره توزیع کلید، با بهره‌برداری از شبکه ارتباطی امن در مقیاس عملیاتی تفاوت دارد؛ همان‌طور که اندازه‌گیری همبستگی فوتون‌ها به‌تنهایی نتیجه‌ای درباره توان محاسباتی یک دستگاه نمی‌دهد. دستاورد قابل مشاهده در این افتتاح‌ها فراهم‌شدن محیطی است که دانشجو بتواند اصول را در چیدمان واقعی بیازماید و محدودیت داده تجربی را بشناسد.

برای دانشجویان، پیامد نزدیک افتتاح‌ها گذر از نتیجه آماده شبیه‌سازی به داده‌ای است که باید با ابزار واقعی به دست آید و تحلیل شود. در شهید بهشتی، درس مرتبط راه ورود این تجربه به آموزش رسمی را نشان می‌دهد. در مقیاس هر سه دانشگاه، نحوه برگزاری درس‌های عملی و دسترسی دانشجویان به تجهیزات روشن خواهد کرد این ظرفیت تازه چگونه در برنامه آموزشی جا می‌گیرد.

بیشتر بخوانید:

• رزومه یا GitHub؛ کد واقعی جای روایت شغلی را نمی‌گیرد
• Tailscale یا ZeroTier؛ انتخاب واقعی میان هویت کاربر و شبکهٔ مجازی است
• مهارت پرامپت ۲۵٪ افت کرد؛ بازار کار «سازندگان AI» را می‌خواهد