نوبل فیزیک ۲۰۲۵، پلی میان هوش مصنوعی و محاسبات کوانتومی

آکادمی سلطنتی علوم سوئد امروز، ۷ اکتبر ۲۰۲۵، برندگان جایزه نوبل فیزیک را معرفی کرد. این جایزه معتبر به سه فیزیکدان برجسته آمریکایی، جان کلارک (John Clarke)، میشل اچ. دوروت (Michel H. Devoret)، و جان م. مارتینیس (John M. Martinis)، برای «کشف تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپی و کوانتیده‌شدن انرژی در یک مدار الکتریکی» اعطا شد. این اکتشافات، که ریشه در دهه‌های ۱۹۸۰ دارد، نه تنها درک بنیادین ما از فیزیک را تغییر داد، بلکه مستقیماً زیربنای یکی از انقلابی‌ترین فناوری‌های عصر حاضر، یعنی محاسبات کوانتومی، را پایه‌ریزی کرد.  

شکستن مرز کوانتوم-کلاسیک

جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵ پدیده‌ای را به رسمیت شناخت که مرزهای سنتی بین دنیای کوانتومی (میکروسکوپی) و دنیای کلاسیک (ماکروسکوپی) را درهم شکست. مکانیک کوانتومی، که حاکم بر جهان ذرات است، پیش‌بینی می‌کند که یک ذره می‌تواند از طریق «تونل‌زنی» از موانعی عبور کند که از نظر فیزیک کلاسیک غیرممکن هستند. پیش از این، چنین اثراتی تنها در سیستم‌های شامل ذرات منفرد یا اتم‌ها مشاهده شده بود.  

کلارک، دوروت و مارتینیس با استفاده از مدارهای الکتریکی ابررسانا و اتصال جوزفسون (Josephson junction)، نشان دادند که این پدیده‌های عجیب کوانتومی می‌توانند در مقیاس ماکروسکوپی رخ دهند، یعنی در سیستم‌هایی که به اندازه کافی بزرگ هستند تا در دست نگه داشته شوند و میلیاردها الکترون را در خود جای دهند. آن‌ها ثابت کردند که این سیستم‌ها می‌توانند از یک حالت کوانتومی به حالت دیگر «تونل» کنند و همچنین انرژی را در دوزهای مشخص و مجزا (کوانتیده) جذب و ساطع کنند، دقیقاً همان‌طور که مکانیک کوانتومی پیش‌بینی کرده بود. این کشف، به‌ویژه در مدارهای ابررسانا، مستقیماً به توسعه کیوبیت‌های ابررسانا منجر شد که امروز توسط شرکت‌هایی مانند گوگل و آی‌بی‌ام برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی مورد استفاده قرار می‌گیرند.  

هوش مصنوعی و برندگان، شکاف زمانی و پیوند سرنوشت‌ساز

تحقیقات بنیادین این سه فیزیکدان، به‌ویژه در مورد مدارهای ابررسانای کوانتومی، در اواسط دهه ۱۹۸۰ میلادی انجام شد؛ برای مثال، رساله دکتری جان مارتینیس در سال ۱۹۸۵ در همین زمینه بود. در آن دوران، ابزارها و الگوریتم‌های پیشرفته یادگیری ماشین (ML) یا هوش مصنوعی که امروزه برای تحلیل داده‌های پیچیده فیزیکی به کار می‌روند، عملاً وجود نداشتند و متدولوژی برندگان بر انجام آزمایش‌های دقیق، ساخت سیستم‌های ابررسانا، و اندازه‌گیری خواص کوانتومی متمرکز بود. بنابراین، بر اساس شواهد موجود، هیچ مدرکی دال بر استفاده مستقیم از الگوریتم‌های هوش مصنوعی یا یادگیری ماشین در متدولوژی آزمایشگاهی برندگان برای اثبات تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپی وجود ندارد.  

جان مارتینیس و حرکت به سمت هوش کوانتومی

اگرچه هوش مصنوعی در زمان اکتشاف بنیادین این جایزه نقشی نداشت، اما پیوند بین کار برندگان و انقلاب AI کوانتومی امروز، عمیق و سرنوشت‌ساز است. مهم‌تر از همه، یکی از برندگان، جان م. مارتینیس، در سال ۲۰۱۴ رهبری تیم کوانتوم هوش مصنوعی گوگل را بر عهده گرفت. این تیم در سال ۲۰۱۹ با استفاده از کیوبیت‌های ابررسانایی که خود مارتینیس به توسعه مبانی آن کمک کرده بود، به دستاورد «برتری کوانتومی» (Quantum Supremacy) رسید. این مسیر حرفه‌ای نشان می‌دهد که فیزیکدانان بنیادین که مرزهای کوانتوم را گسترش دادند، اکنون در تلاشند تا این مرزها را با ابزارهای هوش مصنوعی به مقیاس صنعتی برسانند.

این جابه‌جایی پارادایم نشان‌دهنده تغییر ماهیت تحقیق است: دستاوردهای کوانتومی آینده صرفاً به دلیل فیزیک پیشرفته نخواهند بود، بلکه به بهینه‌سازی و کنترل هوشمند دستگاه‌ها وابسته خواهند بود.  

فیزیک به عنوان مبنای انقلاب‌های اطلاعاتی

تقارن بین جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵ و جایزه سال قبل (۲۰۲۴) یک روایت استراتژیک قدرتمند را آشکار می‌سازد. جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۴ به جفری هینتون و جان هافیلد برای کشف روش‌های بنیادینی اعطا شد که یادگیری ماشین و شبکه‌های عصبی مصنوعی امروز را ممکن ساخت. این دو دانشمند، در واقع با استفاده از اصول فیزیک (مانند مکانیک آماری و مفهوم انرژی در سیستم‌های اسپین)، مبانی هوش مصنوعی مدرن را ایجاد کردند.  

همزمان با آن، نوبل ۲۰۲۵ کشفی را به رسمیت می‌شناسد که زیربنای سخت‌افزار کوانتومی (کیوبیت‌های ابررسانا) را فراهم کرد. بدین ترتیب، فیزیک در دو سال متوالی به عنوان عامل اساسی دو انقلاب اطلاعاتی (AI و Qantum Computing) معرفی شد:  

• نوبل ۲۰۲۴: فیزیک به ابزاری برای هوش مصنوعی (نرم‌افزار) تبدیل شد.
• نوبل ۲۰۲۵: فیزیک زیربنای سخت‌افزار کوانتومی شد، سخت‌افزاری که اکنون برای بهینه‌سازی و مقیاس‌پذیری، به شدت نیازمند ابزارهای هوش مصنوعی (برندگان نوبل ۲۰۲۴) است.

این همگرایی نشان می‌دهد که پیشرفت‌های آینده در فیزیک کاربردی و کامپیوتر، در تقاطع این دو حوزه (فیزیک-AI-کوانتوم) شکل خواهد گرفت.

جایزه نوبل فیزیک امسال تنها تجلیل از گذشته نیست، بلکه یادآور پیوند عمیق علم با آینده فناوری است. از تونل‌زنی کوانتومی تا برتری کوانتومی، مسیری طی شده که نشان می‌دهد مرز میان فیزیک، محاسبات و هوش مصنوعی در حال از بین رفتن است. همان‌گونه که دو نوبل پیاپی فیزیک در سال‌های ۲۰۲۴ و ۲۰۲۵ آشکار می‌کنند، آینده علم دیگر در جدایی میان نرم‌افزار و سخت‌افزار نیست؛ بلکه در هم‌زیستی آن‌هاست؛ جایی که فیزیک به زبان هوش و داده سخن می‌گوید.