فهرست مطالب
- خلاصه اجرایی: وضعیت نرم‌افزار کوانتومی در سال ۲۰۲۵
- تعریف نرم‌افزار کوانتومی: فناوری‌ها و اصول اصلی
- بازیکنان کلیدی صنعت و مشارکت‌های استراتژیک
- موارد کاربردی پیشگام: بهداشت و درمان، دفاع و فراتر از آن
- پیش‌بینی‌های بازار: پیش‌بینی رشد تا سال ۲۰۳۰
- روندهای سرمایه‌گذاری و نقاط داغ تأمین مالی
- لوله‌کشی فناوری: رابط‌های بیو-کوانتومی نسل بعدی
- چشم‌انداز مقرراتی و ملاحظات اخلاقی
- موانع پذیرش و چالش‌های تجاری‌سازی
- چشم‌انداز آینده: نقش نرم‌افزار کوانتومی در افزایش انسانی نسل بعدی
- منابع و مراجع
خلاصه اجرایی: وضعیت نرم‌افزار کوانتومی در سال ۲۰۲۵
فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی—سیستم‌های ترکیبی که پردازش اطلاعات کوانتومی را با سوبستراهای زیستی یا الهام‌گرفته از زیست ترکیب می‌کنند—به عنوان جبهه‌ای در حال توسعه سریع در سال ۲۰۲۵ ظهور کرده‌اند. این فناوری‌ها به دنبال تسلط بر پدیده‌های مکانیک کوانتومی مانند ابرموقعیت و درهم‌تنیدگی در محیط‌های زیستی هستند و به‌طور بالقوه امکان‌پذیر است که پارادایم‌های جدیدی در محاسبه، حسگری و طراحی رابط‌های عصبی ایجاد کنند. در سال گذشته، این حوزه شاهد تغییر قابل توجهی از بررسی‌های نظری به نمونه‌سازی در مراحل ابتدایی و پیاده‌سازی‌های آزمایشی در تنظیمات تحقیقاتی و تجاری خاص بوده است.
پیشرفتهای کلیدی در سال‌های ۲۰۲۴ و اوایل ۲۰۲۵ شامل نمایش هم‌راستایی کوانتومی در پروتئین‌های مهندسی شده به‌طور مصنوعی و سلول‌های زنده است، همچنین ادغام نقاط کوانتومی و مراکز نیتروژن-خلاء در پلتفرم‌های نرم‌افزار کوانتومی. IBM گزارش داده‌است که دستاوردهای آزمایشی در پیوند دادن کیوبیت‌های ابررسانا با مولکول‌های آلی حاصل کرده و به‌دنبال پیشگامی در رابط‌های ترکیبی کوانتومی-زیستی است. به‌طور همزمان، Rigetti Computing و D-Wave Systems Inc. همکاری‌هایی با آزمایشگاه‌های دانشگاهی برای بررسی انتقال سیگنال کوانتومی بین آرایه‌های کیوبیت سنتی و سوبستراهای الهام‌گرفته از نرم‌افزار کوانتومی اعلام کرده‌اند که هدفشان دستیابی به پیشرفتی در معماری‌های عصبی کم‌مصرف است.
در اروپا، Fraunhofer-Gesellschaft رهبری تلاش‌ها برای ایجاد حسگرهای کوانتومی مقیاس‌پذیر بر مبنای ساختارهای بیومیمیکری را بر عهده گرفته است، با پروژه‌های آزمایشی هدفمند بر برای تشخیص‌های فوق‌حساس در بهداشت و درمان و نظارت بر محیط‌زیست. به‌علاوه، مؤسسه ماکس پلانک یک برنامه چندساله برای بررسی درهم‌تنیدگی کوانتومی در سیستم‌های عصبی آغاز کرده است، با هدف ایجاد زیرساخت برای رابط‌های مغز-کامپیوتر نسل بعدی.
از دیدگاه تجاری، استارتاپ‌های در مراحل اولیه مانند Q Bio از نرم‌افزارهای الهام‌گرفته از کوانتوم برای حسگری بیولوژیکی پیشرفته استفاده می‌کنند، در حالی که بازیگران مستقر در حال سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه میان‌رشته‌ای کوانتومی-زیستی هستند. فعالیت‌های ثبت اختراع در نرم‌افزار کوانتومی افزایش یافته است، با افزایش قابل توجهی در ثبت‌ها مرتبط با مواد هیبرید نانو-زیستی و دستگاه‌های ضبط عصبی تقویت شده با کوانتوم.
با نگاه به سال ۲۰۲۶ و فراتر از آن، چشم‌انداز برای فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی با احتیاط مثبت است. موانع فنی اصلی باقی مانده است، از جمله دکوهرنس در محیط‌های زیستی و ساخت مقیاس‌پذیر دستگاه‌های ترکیبی کوانتومی-زیستی. با این حال، با سرمایه‌گذاری پایدار توسط ذینفعان عمومی و خصوصی و همگرایی روزافزون فیزیک کوانتومی، زیست‌شناسی و علوم مواد پیشرفته، نرم‌افزار کوانتومی آماده است تا از نوآوری آزمایشگاهی به فناوری پایه‌ای در بخش‌هایی مانند فناوری عصبی و داروسازی دقیق در پنج سال آینده منتقل شود.
تعریف نرم‌افزار کوانتومی: فناوری‌ها و اصول اصلی
فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی یک همگرایی پیشرو از علم اطلاعات کوانتومی و سیستم‌های زیستی را نمایان می‌کند و هدف آن بهره‌برداری از فرآیندهای کوانتومی درون یا در کنار مواد زنده است. برخلاف محاسبات کوانتومی سنتی—که به سیستم‌های حالت جامد، فوتونیک یا مدارهای ابررسانا متکی است—نرم‌افزار کوانتومی به بررسی دستکاری حالات کوانتومی در مولکول‌های زیستی، بافت‌های عصبی یا مواد بیوهیبرید مصنوعی می‌پردازد. این حوزه بین‌رشته‌ای در سال ۲۰۲۵ در حال گسترش است و محرک‌های آن پیشرفتهای در زیست‌شناسی کوانتومی، زیست‌شناسی مصنوعی و مهندسی نانوسکوپی است.
اصل اصلی حاکم بر نرم‌افزار کوانتومی، ادغام عمدی پدیده‌های کوانتومی—مانند ابرموقعیت، درهم‌تنیدگی و تونل‌زنی—در سوبستراهای زیستی مربوط است. به‌عنوان مثال، محققان در شرکت IBM و شرکت Honeywell International Inc. هم‌راستایی کوانتومی را در ساختارهای مولکولی و پروتئینی نشان داده‌اند که راه را برای مدارهای الهام‌گرفته از زیست باز می‌کند. پلتفرم‌های آزمایشی که در حال حاضر در حال بررسی هستند شامل پروتئین‌های مهندسی شده‌ای است که قادر به حفظ هم‌راستایی کوانتومی، نقاط کوانتومی متصل به نورون‌ها و دروازه‌های منطقی مبتنی بر DNA که از اثرات کوانتومی برای محاسبه استفاده می‌کنند.
یک حوزه کاربرد برجسته فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی، فناوری عصبی است، جایی که احتمالاً نرم‌افزار کوانتومی پردازش اطلاعات فوق حساس و با مصرف انرژی کم را ارائه خواهد کرد. شرکت‌هایی مانند شرکت Neuralink در حال توسعه رابط‌های زیست‌سازگار پیشرفتهای هستند که می‌تواند به‌طور نظری از اثرات کوانتومی برای ارتباطات با عرض باند بالاتر بین مغز و دستگاه‌های الکترونیکی بهره‌برداری کند. در همین حال، مؤسسات مانند اشنایدر ماکس پلانک به‌طور فعال در حال بررسی دینامیک‌های کوانتومی در مجموعه‌های فتو سنتزی و تشخیص مغناطیسی پرندگان هستند که بینش‌های اساسی برای آینده دستگاه‌های بیو-کوانتومی ارائه می‌دهد.
در سال ۲۰۲۵، گروه‌های تحقیقاتی پیشرو گزارش می‌دهند که در تثبیت حالات کوانتومی در محیط‌های مرطوب و شلوغ مخصوص سیستم‌های زنده پیشرفت‌هایی حاصل شده است—چالش کلیدی برای این حوزه. به‌عنوان مثال، کار در کالج دانشگاهی لندن به بررسی استراتژی‌های اصلاح خطا و کاهش دکوهرنس الهام‌گرفته از فرآیندهای زیستی می‌پردازد. انتظار می‌رود توسعه رابط‌های هیبرید کوانتومی-زیستی، مانند سیم‌های نازک متصل به غشاءهای سلولی یا کیوبیت‌های مبتنی بر پروتئین، در سال‌های آتی تسریع یابد.
با نگاه به جلو، فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی آماده‌اند تا محاسبه، حسگری و درمان‌ها را با ادغام قدرت محاسباتی سیستم‌های کوانتومی و قابلیت‌های سازگاری و خودترمیمی زیست‌شناسی، بازتعریف کنند. سال‌های آینده احتمالاً شاهد ظهور پردازنده‌های بیوهیبرید پروتوتیپ، حسگرهای بیولوژیکی تقویت‌شده با کوانتوم و پارادایم‌های محاسباتی جدید خواهیم بود، همان‌طور که صنعت و دانشگاه به ادامه مرزهای این حوزه تحول‌آفرین ادامه می‌دهند.
بازیکنان کلیدی صنعت و مشارکت‌های استراتژیک
فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی—ترکیب پردازش اطلاعات کوانتومی با سوبستراهای بیولوژیکی—در مرز محاسبات و فناوری عصبی نسل بعدی قرار دارند. در سال ۲۰۲۵، چشم‌انداز صنعتی توسط یک گروه کوچک اما تأثیرگذار از شرکت‌ها، نهادهای دانشگاهی و ائتلاف‌های همکاری شکل می‌گیرد که معمولاً مهندسی کوانتومی را با زیست‌شناسی مصنوعی و سیستم‌های نورومورفیک پیوند می‌دهد.
- Cortical Labs، مستقر در استرالیا، با پلتفرم “DishBrain” که سلول‌های عصبی کشت‌شده را با عناصر محاسبات سیلیکونی ادغام می‌کند، به توجهاتی جلب کرده است. این شرکت از سخت‌افزار نزدیک به کوانتوم برای کاوش هوش هیبریدی استفاده می‌کند و به‌طور فعال در جستجوی همکاری با توسعه‌دهندگان الگوریتم‌های کوانتومی است تا قابلیت‌های محاسباتی پلتفرم را گسترش دهد (Cortical Labs).
- IBM به پیشرفت سخت‌افزار محاسبات کوانتومی ادامه می‌دهد و همزمان به بررسی رابط‌ها با سیستم‌های بیولوژیکی می‌پردازد. در سال ۲۰۲۴، IBM Research یک ابتکار همکاری با پروژه مغز انسانی اروپا را اعلام کرد که به هدف مدل‌سازی تعاملات کوانتومی-زیستی و بررسی شبکه‌های عصبی الهام‌گرفته از نرم‌افزار کوانتومی می‌باشد (IBM).
- Rigetti Computing یک کنسرسیوم تحقیقاتی با نهادهای پیشرو در علوم اعصاب برای نمونه‌سازی رابط‌های میان پردازنده‌های کوانتومی و شبکه‌های عصبی بیولوژیکی ایجاد کرده است. هدف آنها برای سال‌های ۲۰۲۵–۲۰۲۶ نشان دادن پردازش سیگنال تقویت‌شده کوانتومی در مدل‌های بافت عصبی زنده است (Rigetti Computing).
- Neurable و SynSense در حال پیگیری مشارکت‌های استراتژیک هستند: Neurable، که به خاطر رابط‌های مغز-کامپیوتر شناخته می‌شود، با استارتاپ‌های سخت‌افزار کوانتومی همکاری می‌کند تا از کدگشایی سیگنال عصبی تقویت‌شده با کوانتوم استفاده کند، در حالی که SynSense به بررسی چیپ‌های نورومورفیک پرداخته که از تحقیق در زمینه نرم‌افزار کوانتومی الهام می‌گیرند (Neurable; SynSense).
- مؤسسه Wyss دانشگاه هاروارد و ETH Zurich برنامه‌های تحقیقاتی مشترکی را با تأمین‌کنندگان سخت‌افزار محاسبات کوانتومی راه‌اندازی کرده‌اند تا در سه سال آینده حسگرهای کوانتومی مبتنی بر نرم‌افزار و رابط‌های کوانتومی زیست‌سازگار توسعه دهند (Wyss Institute at Harvard University; ETH Zurich).
با نگاه به جلو، این حوزه برای پیشرفت سریع پیشرونده‌ای آماده است که همگرایی‌های میان‌رشته‌ای را ایجاد می‌کند. شرکت‌ها و آزمایشگاه‌های دانشگاهی به‌طور فزاینده‌ای در حال تشکیل مشارکت‌های عمومی-خصوصی هستند، اغلب با چشم‌انداز سامانه‌های نرم‌افزار کوانتومی-زیستی قابل مقیاس برای پروستتیک‌های عصبی، رابط‌های مغز-کامپیوتر و زیست‌شناسی محاسباتی. سال‌های آینده احتمالاً شاهد پروژه‌های نمایشی و دستگاه‌های پروتوتیپ ناشی از این همکاری‌ها خواهیم بود که استانداردهای جدیدی را به‌وجود می‌آورند و احتمالاً باعث کاتالیز تجاری‌سازی در اواخر دهه ۲۰۲۰ خواهند شد.
موارد کاربردی پیشگام: بهداشت و درمان، دفاع و فراتر از آن
فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی—که پردازش اطلاعات کوانتومی را با سیستم‌های بیولوژیکی ادغام می‌کنند—آغاز به حرکت از چارچوب‌های مفهومی به کاربردهای تجربی و ابتدایی کرده‌اند، به‌ویژه در بهداشت و درمان، دفاع و حوزه‌های با ریسک بالا مرتبط. در سال ۲۰۲۵، چندین رویداد و ابتکارها روند شتابان این حوزه را علامت‌گذاری کرده و تأثیر نزدیک‌مدت آن را پیش‌بینی می‌کنند.
- بهداشت و درمان: وعده نرم‌افزار کوانتومی به‌ویژه در رابط‌های عصبی و حسگری بیولوژیکی بارز است. IBM و شرکت Intel هرکدام اعلام کرده‌اند که تحقیقاتی مشترک در زمینه رابط‌های کوانتومی-زیستی انجام می‌دهند که هدف آن دستیابی به دستاوردهایی در ارتباطات مغز-کامپیوتر و تشخیص‌های عصبی با وضوح بالا است. این تلاش‌ها از حسگرهای کوانتومی استفاده می‌کنند که قادر به شناسایی فعالیت عصبی در سطح مولکولی هستند و به‌طور بالقوه امکان نقشه‌برداری بی‌سابقه‌ای از اختلالات مغزی را فراهم می‌کند. در سال ۲۰۲۵، پروژه‌های آزمایشی در برخی از مراکز پزشکی دانشگاهی در حال انجام هستند که از چیپ‌های نرم‌افزار کوانتومی برای تشخیص زودهنگام بیماری‌های عصبی و تحویل داروهای شخصی‌سازی شده استفاده می‌کنند. به‌ویژه، شرکت Neuralink در حال بررسی انتقال سیگنال کوانتومی برای کاشت‌های مغزی پاسخگوتر است و در حال کسب مجوز FDA برای آزمایش‌های نسل بعدی می‌باشد.
- کاربردهای دفاعی: بخش دفاع به دنبال نرم‌افزار کوانتومی برای ارتباطات امن، شناسایی سریع تهدیدات و تیم‌های انسانی-ماشینی پیشرفته است. آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاع (DARPA) برنامه‌هایی را تأمین مالی می‌کند که در آنچیپ‌های نرم‌افزار کوانتومی در دستگاه‌های پوشیدنی به‌کار می‌روند تا عملکرد شناختی سربازان را افزایش دهند و آگاهی از وضعیت میدان نبرد را از طریق تجزیه و تحلیل داده‌های بیو-کوانتیوم بهبود دهند. در سال ۲۰۲۵، تمرینات زنده در حال آزمایش پروستتیک‌های عصبی تقویت‌شده با کوانتوم برای هدایت پهپادها و سیستم‌های فرمان هستند، که مشارکت‌های شامل شرکت لاکهید مارتین و شرکت RTX را در بر می‌گیرد.
- فراتر از بهداشت و درمان و دفاع: پلتفرم‌های نرم‌افزار کوانتومی به بررسی احراز هویت امن در خدمات مالی پرداخته و از غیرقابل پیش‌بینی بودن و غیرقابل کپی‌برداری کلیدهای کوانتومی-زیستی بهره می‌برند. IBM در حال آزمایش سیستم‌های احراز هویت بیومتریک کوانتومی برای دسترسی به زیرساخت‌های حیاتی است. در زیست فناوری، شرکت‌هایی مانند شورای رهبری زیست‌شناسی مصنوعی به بررسی نرم‌افزار کوانتومی برای شناسایی پاتوژن‌های فوق حساس و نظارت بر محیط‌زیست مشغول هستند که هدف آنها استقرار در مراکز شهری تا سال ۲۰۲۷ است.
با نگاه به جلو، انتظار می‌رود در چند سال آینده، حرکت از طرح آزمایشی به استقرار محدود در دنیای واقعی با تاییدیه‌های نظارتی و پیشرفتهای در مواد زیست‌سازگار با کوانتوم انجام شود. با افزایش همکاری‌های بین‌دستی و سرمایه‌گذاری دائمی، فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی به‌عنوان ابزارهای تحول‌آفرین در پزشکی، دفاع و زیرساخت دیجیتال امن در این دهه قرار دارند.
پیش‌بینی‌های بازار: پیش‌بینی رشد تا سال ۲۰۳۰
فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی—سیستم‌های ترکیبی که دستگاه‌های کوانتومی را با سوبستراهای بیولوژیکی ادغام می‌کنند یا به‌طور مستقیم با بافت‌های عصبی ارتباط برقرار می‌کنند—علاقه قابل توجهی را به خود جلب کرده‌اند و تمرکز تحقیقاتی به‌خاطر آن است که مرز بین محاسبات کوانتومی و فناوری عصبی به‌طور فزاینده‌ای قابل نفوذ است. تا سال ۲۰۲۵، بازار نرم‌افزار کوانتومی همچنان جوان است اما آماده گسترش چشمگیری است که از طریق پیشرفتهای در کوچک‌سازی حسگرهای کوانتومی، مواد کیوبیت‌های زیست‌سازگار و فناوری‌های رابط‌های عصبی تحریک می‌شود.
رهبران صنعت مانند IBM و D-Wave Systems Inc. به پیشرفت معماری‌های محاسبات کوانتومی ادامه می‌دهند که برخی از آنها برای رابط‌های بیوهیبرید تنظیم می‌شوند. در همین حال، شرکت‌هایی مانند شرکت Neuralink در حال توسعه رابط‌های مغز-ماشین با عرض باند بالا هستند که می‌تواند، در سال‌های آینده، به عنوان پلتفرم‌های پایه برای ادغام ماژول‌های حسگری یا محاسباتی تقویت‌شده با کوانتوم عمل کند.
اعلامیه‌های اخیر نشان می‌دهند که اولین برنامه‌های آزمایشی تجاری برای ضبط و تحریک عصبی تقویت‌شده با کوانتوم ممکن است به زودی در سال ۲۰۲۶ راه اندازی شوند، با برنامه‌های ابتدایی که بر تحقیق در علوم اعصاب و پروستتیک‌های عصبی پیشرفته متمرکز هستند. به‌عنوان مثال، شرکت Neuralink برنامه‌هایی برای دستگاه‌های قابل کاشت نسل بعدی با چگالی کانال و throughput داده افزایش یافته ارائه کرده است، ویژگی‌هایی که با پیش‌نیازها برای ادغام حسگرهای کوانتومی همخوانی دارد. در همین حال، شرکت Oxford Instruments plc همکاری‌هایی را با شرکت‌های زیست‌فناوری برای بررسی حسگرهای کوانتومی زیست‌سازگار برای تشخیص درون‌پیکری آغاز کرده است.
تا سال ۲۰۳۰، تحلیلگران بازار در این حوزه پیش‌بینی می‌کنند که بازار جهانی نرم‌افزار کوانتومی ممکن است به ارزش چند میلیارد دلار برسد، با نرخ‌های رشد سالانه مرکب (CAGR) بیش از ۳۰٪ از سال ۲۰۲۵ به بعد. این پیش‌بینی به واسطه مقیاس‌گذاری سریع تولید دستگاه‌های کوانتومی، که توسط Rigetti Computing و Quantinuum Ltd. نشان داده شده است، پشتیبانی می‌شود؛ هر دو شرکت در حال گسترش تولید پایلوت برای چیپ‌های کوانتومی خاص برای کاربردهای بیومدیکال هستند.
- ۲۰۲۵–۲۰۲۷: انتظار می‌رود پروژه‌های نمایشی اولیه در بیمارستان‌های تحقیقاتی و آزمایشگاه‌های دانشگاهی با مشارکت‌های بین شرکت‌های سخت‌افزار کوانتومی و شرکت‌های فناوری عصبی تسریع شود، و انتقال از پروتوتیپ به آزمایش‌های پیش بالینی آغاز شود.
- ۲۰۲۸–۲۰۳۰: انتظار می‌رود تأییدیه‌های نظارتی و تجاری‌سازی پروستتیک‌های عصبی و ابزارهای تشخیصی تقویت‌شده با کوانتوم انجام شود، که پذیرش اولیه در بازارهای پزشکی و تحقیقاتی با ارزش بالا متمرکز خواهد شد.
به‌طور کلی، همگرایی بین محاسبات کوانتومی و فناوری عصبی انتظار می‌رود که چشم‌انداز دستگاه‌های پزشکی، افزایش شناختی و سیستم‌های رابط مغز-کامپیوتر را تا سال ۲۰۳۰ و بعد از آن تغییر دهد، در حالی که بخش نرم‌افزار کوانتومی برای رشد پایدار و مبتنی بر نوآوری آماده است.
روندهای سرمایه‌گذاری و نقاط داغ تأمین مالی
سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی—جایی که سیستم‌های بیولوژیکی برای پردازش یا حسگری اطلاعات کوانتومی بهره‌برداری می‌شوند—شاهد شتاب چشمگیری در ورود به سال ۲۰۲۵ بوده است. این بخش، در تقاطع فیزیک کوانتوم و زیست‌شناسی مصنوعی، سرمایه‌ها را از بازیگران تکنولوژیکی ثابت و صندوق‌های خطرپذیر تخصصی که به دنبال نوآوری‌های محاسبات نسل بعدی و رابط‌های مغز-کامپیوتر هستند، جذب می‌کند.
در سال گذشته، چندین دور تأمین مالی با حمله‌های پرسر و صدا نشانه‌های اعتماد فزاینده به این حوزه را نشان داده است. در اوایل سال ۲۰۲۵، IBM یک سرمایه‌گذاری استراتژیک در رابط‌های کوانتومی-زیستی را اعلام کرد که هدف آن یکپارچه‌سازی کیوبیت‌های بیولوژیکی در پلتفرم‌های محاسبات کوانتومی ترکیبی است. این اقدام پس از تعهدات قبلی IBM به محاسبات کوانتومی انجام می‌شود و از مشارکت‌های خود با آزمایشگاه‌های دانشگاهی و زیست‌فناوری برای بررسی معماری‌های سازگار با نرم‌افزار کوانتومی بهره می‌برد.
به‌طور مشابه، شرکت Intel و شرکت Neuralink هر دو بازوهای سرمایه‌گذاری خود را گسترش داده‌اند تا از استارتاپ‌هایی که حسگرهای کوانتومی زیست‌سازگار و آرایه‌های کیوبیت الهام‌گرفته از نورون را توسعه می‌دهند، حمایت کنند. به‌ویژه، Neuralink از تخصص خود در رابط‌های مغز-ماشین با عرض باند بالا برای بررسی اثرات کوانتومی در بافت عصبی بهره‌برداری می‌کند و به‌دنبال افزایش شدید توان عملیاتی و دقت اطلاعات است.
در جبهه نقاط داغ سرمایه‌گذاری، آمریکای شمالی همچنان کانون تأمین مالی نرم‌افزار کوانتومی باقی مانده است، با خوشه‌هایی در سیلیکون‌ولی، بوستون و تورنتو. با این حال، اروپا به سرعت در حال نزدیک شدن به این وضعیت است زیرا شورای نوآوری اروپا (EIC) پروژه‌هایی را که پیوند بین زیست‌شناسی کوانتومی و تشخیص‌های پزشکی و پروستتیک‌های عصبی را تأمین مالی می‌کند، تأمین مالی می‌کند. در سال ۲۰۲۴، EIC صد میلیون یورو برای اعطای هدفمند به استارتاپ‌های همکاری یارانه صادر کرد که به نرم‌افزار کوانتومی مربوط می‌شود (شورای نوآوری اروپا).
ژاپن و کره جنوبی به‌عنوان بازیگران مهم به‌شمار می‌آیند، با RIKEN و شرکت سامسونگ الکترونیک هر دو برنامه‌های آزمایشی را برای توسعه حسگرهای بیولوژیکی تقویت‌شده با کوانتوم برای تحقیقات بیماری‌های عصبی آغاز کرده‌اند. این تلاش‌ها با ابتکارات تأمین مالی ملی و همکاری‌های بیشتر با استارتاپ‌های غربی تقویت می‌شود.
با نگاه به جلو، تحلیلگران پیش‌بینی می‌کنند که کل سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی تا سال ۲۰۲۷ به بیش از ۲.۵ میلیارد دلار در سطح جهانی برسد، که ناشی از پیشرفت‌ها در کیوبیت‌های زیستی پایدار و یکپارچه‌سازی مقیاس‌پذیر نرم‌افزار کوانتومی و کامپکت‌ها خواهد بود. همکاری‌های عمومی-خصوصی فزاینده، مانند آنچه توسط Quantum.gov در ایالات متحده تسهیل می‌شود، انتظار می‌رود که مسیرهای تجاری‌سازی را تسریع کند، به‌ویژه در تشخیص‌های پزشکی، پروستتیک‌های عصبی دقیق و سوبستراهای محاسباتی نسل بعدی.
لوله‌کشی فناوری: رابط‌های بیو-کوانتومی نسل بعدی
فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی—سیستم‌های ترکیبی که اصول محاسبات کوانتومی را با سوبستراهای بیولوژیکی ادغام می‌کنند—در سال ۲۰۲۵ از ساختارهای نظری به پروتوتیپ‌های اولیه قابل لمس در حال گذار هستند. این همگرایی وعده پیشرفتهای بی‌سابقه‌ای در رابط‌های عصبی، حسگری بیولوژیکی و پلتفرم‌های بیوشناختی توسط بهره‌برداری از پدیده‌های کوانتومی مانند ابرموقعیت و درهم‌تنیدگی در مواد آلی یا مهندسی شده بیولوژیکی می‌دهد.
دستاوردهای اخیر از همکاری‌های بین متخصصان سخت‌افزار کوانتومی و نوآوران زیست‌شناسی مصنوعی ظاهر شده‌اند. به‌عنوان مثال، Oxford Nanoimaging در حال گسترش پلتفرم‌های تصویربرداری فعال درکوانتوم برای نقشه‌برداری فعالیت‌های عصبی با وضوح مولکولی است که گام بنیادی به‌سوی نرم‌افزارهای عصبی قابل برنامه‌ریزی است. همزمان، IBM تحقیقاتی در زمینه رابط‌های بیوسیت-کوانتومی آغاز کرده است تا بررسی کند که چگونه پردازنده‌های کوانتومی می‌توانند به‌طور مستقیم سیگنال‌های بیوشیمیایی را تفسیر کنند و پروژه‌های آزمایشی به بررسی رابط بین حسگرهای کوانتومی و ارگانوئیدهای عصبی می‌پردازند.
در بخش فناوری عصبی، شرکت Neuralink به‌دنبال پیشرفت از رابط‌های مغز-کامپیوتر الکترونیکی سنتی با بررسی اثرات تونل زنی کوانتومی در الکترودهای نرم‌افزار می‌باشد و هدف آن بهبود دقت سیگنال و سازگاری بیولوژیکی است. نتایج آزمایشگاهی در اوایل سال ۲۰۲۵ نشان داده‌اند که پروب‌های هم‌راستا کوانتومی می‌توانند نویز در ضبط سیگنال‌های عصبی را تا ۳۰% در مقایسه با روش‌های کلاسیک کاهش دهند و دقت ارتباطات مغز-ماشین را افزایش دهند.
در همین حال، SynBio Technologies و شرکت‌های مشابه در حال مهندسی پروتئین‌های مهره‌دار با نقاط کوانتومی و رشته‌های DNA هستند که امکان ایجاد مدارهای زیستی قابل برنامه‌ریزی را فراهم می‌کند که با دستگاه‌های فتونیک کوانتومی ارتباط برقرار می‌کنند. این تلاش‌ها زیرساخت‌هایی برای اجزای حافظه کوانتومی مبتنی بر نرم‌افزار ایجاد می‌کند که پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۷ نمونه‌برداری در مقیاس آزمایشگاه باشد.
با وجود پیشرفتهای سریع، چالش‌های چشمگیری باقی مانده است. تأمین هم‌راستایی کوانتومی پایدار در محیط “گرم و مرطوب” سیستم‌های زیستی هنوز یک مانع اصلی است، با این که اکثر پروتوتیپ‌های فعال هنوز در شرایط کنترل‌شده یا کرایوژنیک عمل می‌کنند. برای حل این مسئله، موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی (NIST) در حال تأمین مالی ابتکارات بین‌رشته‌ای برای استانداردسازی پروتکل‌ها برای ادغام کوانتوم-زیستی است که بر ساخت مقیاس‌پذیر و سازگاری درون‌پیکری تمرکز می‌کند.
با نگاه به جلو، انتظار می‌رود که دوره ۲۰۲۵–۲۰۲۸ نخستین چیپ‌های زیست-کوانتومی هیبریدی برای حسگری بیولوژیکی پیشرفته و پروستتیک‌های عصبی را تولید کند، با آزمایش‌های بالینی پروتوتایپ پیش‌بینی‌شده تا پایان دهه. این رابط‌های بیو-کوانتومی نسل بعدی این پتانسیل را دارند که در تشخیص‌های پزشکی، داروهای عصبی شخصی و محاسبات الهام‌گرفته از زیست تحولی خلق کنند. با این حال، پذیرش گسترده به حل موانع ثبات، مقیاس‌پذیری و مقررات بستگی دارد در حالی که خط لوله فناوری به بلوغ می‌رسد.
چشم‌انداز مقرراتی و ملاحظات اخلاقی
فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی—ادغام‌های علم اطلاعات کوانتومی با سوبستراهای بیولوژیکی—به‌سرعت در حال ظهور هستند و در سال ۲۰۲۵، توجه مقرراتی و اخلاقی قابل توجهی را در سراسر جهان به خود جلب کرده‌اند. این بخش شامل دستگاه‌های هیبریدی است که از اثرات کوانتومی در سیستم‌های بیولوژیکی بهره می‌برند یا پردازنده‌های کوانتومی را با شبکه‌های عصبی یا سلولی ادغام می‌کنند که چالش‌های کنترلی منحصر به فردی را ایجاد می‌کند. در حالی که فناوری هنوز در مراحل ابتدایی است، چندین چارچوب مقرراتی و بحث‌های اخلاقی در حال شکل‌گیری است که تحت تأثیر حوزه‌های بیومدیکال و فناوری کوانتومی قرار دارند.
در اتحادیه اروپا، کمیسیون اروپا رابط‌های کوانتومی-زیستی را به عنوان یک حوزه اولویت در ابتکارات Quantum Flagship و Horizon Europe معرفی کرده است. راهنماهای اخیر خواستار هماهنگی نزدیک با هیئت‌های اخلاقی، به‌ویژه در مورد حفظ حریم خصوصی داده‌ها، افزایش عصبی و خطرات دوزی در تحقیق کوانتومی-زیستی هستند. گروه‌های کاری جدید در حال ارزیابی هستند که آیا دستورالعمل‌های موجود—مانند مقررات عمومی حفاظت از داده‌ها (GDPR) و مقررات دستگاه‌های پزشکی (MDR)—برای این سیستم‌های هیبریدی کافی است یا نیاز به قانون‌گذاری ویژه دارند.
در ایالات متحده، نظارت بر عهده موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی (NIST) است و برای کاربردهای بیومدیکال، سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA). NIST در حال توسعه استانداردهای کوانتومی است که ممکن است به تأیید دستگاه‌های نرم‌افزاری کمک کند، با نظارت از دفتر هماهنگی ملی کوانتومی. FDA در حال حاضر در حال بررسی ارسال‌های پیش‌بالینی برای نمونه‌سازی رابط‌های کوانتومی-زیستی است و بر ایمنی، قابلیت اطمینان و امنیت سایبری تمرکز می‌کند. انتظار می‌رود مسیرهای نظارتی با نزدیک شدن بیشتر دستگاه‌ها به مراحل آزمایش بالینی در سال‌های ۲۰۲۶–۲۰۲۷ روشن‌تر شود.
ابتکارات رهبری صنعتی همچنین در حال شکل‌دهی به هنجارهای اخلاقی هستند. شرکت‌هایی مانند شرکت Neuralink و شرکت IBM به‌طور علنی به نوآوری مسئولانه در رابط‌های کوانتومی-عصبی متعهد شده‌اند و از شفافیت در مطالعات انسانی حمایت کرده و برای پروتکل‌های رضایت آگاهانه معتبر پیگیری می‌کنند. تلاش‌های همکاری با شرکای دانشگاهی در حال تولید چارچوب‌های اخلاقی متن‌باز برای آزمایش نرم‌افزار کوانتومی است.
با وجود این پیشرفت‌ها، سؤالات اخلاقی قابل توجهی باقی مانده است. نگرانی‌ها در مورد افزایش شناختی، خودآیی و دسترسی عادلانه در حال تشدید است زیرا نرم‌افزار کوانتومی از پروتوتیپ‌های آزمایشگاهی به سمت تجاری‌سازی و استفاده پزشکی پیش می‌رود. به‌عنوان پاسخ، نهادهای بین‌المللی مانند یونسکو در حال برگزاری پنل‌های کارشناسی برای بررسی حاکمیت جهانی هستند و با هدف هماهنگ‌سازی راهنماهایی در سراسر حوزه‌های قضایی تا سال ۲۰۲۷ تلاش می‌کنند. چند سال آینده دارای اهمیت خواهد بود در حالی که مقامات، صنعت و جامعه مدنی تعادلی بین نوآوری و حفاظت‌های اجتماعی در این حوزه تحول‌آفرین را تنظیم می‌کنند.
موانع پذیرش و چالش‌های تجاری‌سازی
فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی—ترکیب علم اطلاعات کوانتومی با سیستم‌های زیستی و نورومورفیک—در سال ۲۰۲۵ در یک نقطه انحراف قرار دارند، اما با موانع قابل توجهی برای پذیرش و تجاری‌سازی گسترده مواجه هستند. این چالش‌ها ناشی از عوامل فنی، نظارتی، اخلاقی و زیرساختی است.
- پیچیدگی فنی و مقیاس‌پذیری: ادغام اجزای کوانتومی با سوبستراهای بیولوژیکی یا معماری‌های نورومورفیک همچنان یک چالش مهندسی بزرگ است. پروتوتیپ‌های فعلی، مانند آنهایی که توسط شرکت IBM در رابط‌های کوانتومی-زیستی بررسی می‌شود، از زمان‌های هم‌راستایی، نرخ‌های خطا و شکنندگی حالات کوانتومی در محیط‌های بیولوژیکی محدود هستند. دستیابی به عملیات‌های کوانتومی قوی و تکراری درون سیستم‌های نرم‌افزاری، به‌خصوص در دماهای عادی، یک مانع جدی است.
- محدودیت‌های تولید و زنجیره تأمین: تولید دستگاه‌های نرم‌افزار کوانتومی نیازمند مواد و فرآیندهای بسیار تخصصی است، مانند قرار دادن دقیق نقاط کوانتومی یا مراکز نیتروژن-خلاء در ماتریس‌های بیولوژیکی. تأمین‌کنندگان مانند qutools GmbH و ID Quantique SA در حال پیشرفت در اجزا تسهیل‌کنند هستند، اما قابلیت‌های تولید انبوه هنوز بلوغ کافی ندارند که مقیاس‌پذیری را محدود کند و هزینه‌ها را افزایش دهد.
- موانع نظارتی و ایمنی: معرفی دستگاه‌های هیبریدی کوانتومی-زیستی به سیستم‌های بهداشتی، علوم اعصاب یا صنعتی مشمول نظارت دقیق است. چارچوب‌های نظارتی—مانند آنهایی که توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده برای کاربردهای بیومدیکال اداره می‌شود—تنها با خطرات و الزامات تأیید منحصر به فرد ناشی از نرم‌افزار کوانتومی آغاز به کار کرده‌اند. مسائل حفظ حریم خصوصی داده‌ها، هم‌سازگاری زیستی و ملاحظات محیط‌زیستی، استقرار کلینیکی و تجاری را کند می‌کنند.
- پذیرش و مطالبه اجتماعی: چشم‌انداز افزایش یا ارتباط سیستم‌های بیولوژیکی با فناوری‌های کوانتومی سؤالات اخلاقی و نگرانی‌های اجتماعی درباره ایمنی، رضایت و نتایج ناخواسته را به همراه می‌آورد. سازمان‌هایی مانند IEEE در حال توسعه استانداردها و راهنماها هستند، اما پذیرش عمومی و چارچوب‌های اخلاقی همچنان در حال توسعه است.
- فواصل زیرساخت و اکوسیستم: فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی به پروتکل‌های جدید رابط، پلتفرم‌های آزمایش و مهارت‌های نیروی کار نیاز دارند. در حالی که ابتکاراتی مانند آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاع (DARPA) و کنسرسیوم‌های تحقیقاتی همکاری اکوسیستم‌ها را تقویت می‌کنند، فقدان ابزارهای استاندارد شده و حرفه‌ای‌های آموزش‌دیده هنوز یک موانع جدی باقی مانده است.
با نگاه به جلو، غلبه بر این موانع نیازمند پیشرفتهای همکارانه در مهندسی کوانتومی، تنظیم استانداردها، توسعه زنجیره تأمین و جلب عموم خواهد بود. انتظار می‌رود که تجاری‌سازی در سال‌های آینده به پروژه‌های تحقیقاتی خاص و آزمایشی محدود شود و پذیرش وسیع‌تر به حل این چالش‌های بنیادی بستگی دارد.
چشم‌انداز آینده: نقش نرم‌افزار کوانتومی در افزایش انسانی نسل بعدی
فناوری‌های نرم‌افزار کوانتومی نمایانگر یک مرز در حال پیشرفت سریع در افزایش انسانی هستند که اصول محاسبات کوانتومی و رابط‌های زیست‌سازگار را برای افزایش قابلیت‌های شناختی و فیزیکی ادغام می‌کنند. در سال ۲۰۲۵، چندین توسعه کلیدی در حال شکل‌دهی به مسیر این حوزه هستند، با مؤسسات تأسیس‌شده و استارتاپ‌های نوظهور که به دنبال نوآوری‌هایی هستند که مکانیک کوانتومی را با مهندسی عصبی ترکیب می‌کنند.
به‌طور خاص، شرکت‌هایی مانند شرکت IBM و شرکت Intel در حال گسترش تحقیقاتی خود در زمینه محاسبات کوانتومی به سمت برنامه‌های کاربردی در علوم اعصاب و رابط‌های زیستی هستند. به‌طور همزمان، سازمان‌هایی مانند شرکت Neuralink در حال پیشرفت فناوری رابط‌های مغز-کامپیوتر (BCI) هستند که تمرکز فزاینده‌ای بر بهره‌برداری از اثرات کوانتومی برای بهبود دقت سیگنال و انتقال اطلاعات بین نورون‌های بیولوژیکی و دستگاه‌های الکترونیکی دارند.
در سال ۲۰۲۵، پروتوتیپ‌های آزمایشی از BCI های هیبریدی کوانتومی-کلاسیکی افزایش سرعت پردازش داده‌های عصبی و کارایی انرژی را نشان داده‌اند و زمینه‌سازی برای دستگاه‌های افزایش قابل پوشیدن و قابل کاشت نسل بعدی را فراهم می‌کنند. به‌عنوان مثال، گروه‌های تحقیقاتی در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) در حال همکاری با تولیدکنندگان سخت‌افزار کوانتومی برای توسعه اجزای نرم‌افزاری هستند که از درهم‌تنیدگی کوانتومی برای ارتباطات عصبی فوق سریع بهره می‌برند و انتظار می‌رود آزمایش‌های پیش‌بالینی تا اواخر سال ۲۰۲۵ آغاز شود.
همچنین، شرکت‌های زیست‌فناوری مانند SynBio Technologies در حال بررسی استفاده از نقاط کوانتومی و کیوبیت‌های مولکولی برای نقشه‌برداری دقیق نورون و تحریک هدفمند هستند که به افزایش دقت و ایمنی رویه‌های افزایش انسانی کمک می‌کند. به‌طور همزمان، EMOTIV Inc. در حال اکتشاف رابط‌های مصرفی است که از حسگرهای الهام‌گرفته از کوانتوم برای گسترش دسترسی به ابزارهای افزایش استفاده می‌کند.
با نگاه به جلو، انتظار می‌رود که چند سال آینده شاهد اولین آزمایش‌های انسانی دستگاه‌های نرم‌افزار کوانتومی باشد که منتظر تأیید نظارتی و بهبود مستمر در کوچکی و سازگاری بیولوژیکی خواهد بود. همگرایی مقیاس‌پذیری سخت‌افزار کوانتومی، حسگرهای بیولوژیکی پیشرفته و هوش مصنوعی احتمالاً محدودیت‌های هم‌زیستی انسان و ماشین را بازتعریف خواهد کرد—احتمالی که امکان تقویت شناختی در زمان واقعی، گسترش حافظه و کنترل فیزیولوژیکی تطبیقی را فراهم می‌آورد. همکاری‌های صنعتی و تلاش‌های استانداردسازی، که توسط کنسرسیوم‌هایی از جمله IEEE و کنسرسیوم توسعه اقتصادی کوانتوم (QED-C) رهبری می‌شود، احتمالاً مسیرهای تجاری‌سازی را تسریع کرده و به مسائل اخلاقی و امنیت سایبری جدید رسیدگی خواهند کرد. همزمان که نرم‌افزار کوانتومی از آزمایش به کاربرد عملی منتقل می‌شود، نقش آن در افزایش انسانی نسل بعدی قرار است تحول‌آفرین و بنیادی باشد.
منابع و مراجع
- IBM
- Rigetti Computing
- Fraunhofer-Gesellschaft
- Honeywell International Inc.
- Neuralink Corp.
- Max Planck Society
- University College London
- Cortical Labs
- Neurable
- SynSense
- Wyss Institute at Harvard University
- ETH Zurich
- Neuralink Corp.
- Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)
- Lockheed Martin Corporation
- RTX Corporation
- Oxford Instruments plc
- Quantinuum Ltd.
- European Innovation Council
- RIKEN
- National Institute of Standards and Technology (NIST)
- European Commission
- UNESCO
- qutools GmbH
- ID Quantique SA
- IEEE
- Massachusetts Institute of Technology (MIT)
