الصراع من أجل التفوق التكنولوجي وJian-Wei Pan

الرجل وراء هذا الإنجاز هو Jian-Wei Pan. أنتج بان البالغ من العمر 48 عامًا ، وهو أستاذ في جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين (USTC) ، والذي يُعرف أحيانًا باسم "معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الصينية " ، سلسلة من الاختراقات التي دفعته إلى النجومية العلمية في البلاد. حاز عمله على استحسان الرئيس شي جين بينغ ، وغالبًا ما يشار إليه في وسائل الإعلام المحلية على أنه "أبو الكم".  لا تزال الاتصالات والحوسبة الكمومية في طور النشوء، لكنها من بين "المشاريع العملاقة" التكنولوجية التي تريد حكومة الصين تحقيق اختراقات فيها بحلول عام 2030. 

وهي ترى فرصة لقيادة عصر الكم الفجر بالطريقة نفسها التي هيمنت بها الولايات المتحدة على ظهور الحوسبة و ثورة المعلومات التي أشعلتها. يعتبر بان ، الذي أصبح في عام 2011 أصغر عضو على الإطلاق في الأكاديمية الصينية للعلوم ، عنصرًا أساسيًا في هذا الجهد.

في مقابلة مع MIT Technology Review ، تحدث بان عن أهمية التعاون الدولي ، لكنه أوضح أيضًا أن الصين نافذة فريدة لتشكيل التحول التالي في المشهد التكنولوجي. قال "كنا فقط تابعًا ومتعلمًا عند ولادة علم المعلومات الحديث". "الآن لدينا فرصة ... لنكون قادة."  تتضمن طموحات بان خطة لإنشاء  كوكبيه تغطي الكرة الأرضية من الأقمار الصناعية التي تشكل إنترنت كمي آمن للغاية.  المنطق المرجعى لبان : مساعدة الصين على اللحاق بالولايات المتحدة - وربما تجاوزها - في بناء أجهزة كمبيوتر كمومية قوية. وهى الوحدات الأساسية للحساب في هذه الآلات هي الكيوبتات ، والتي - على عكس البتات - يمكن أن تحتل حالة كمومية من 1 و 0 في وقت واحد. من خلال ربط الكيوبتات من خلال ظاهرة شبه غامضة تُعرف باسم التشابك ، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية توليد زيادات أسية في قوة المعالجة.

في المستقبل ، يمكن استخدام الآلات لاكتشاف مواد وأدوية جديدة عن طريق إجراء محاكاة للتفاعلات الكيميائية التي تتطلب الكثير من العمل لأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية. يمكنهم أيضًا شحن الذكاء الاصطناعي ( هي القدرة على عمل تنبؤات دقيقة استنادا إلى الأنماط التاريخية  باستخدام مجموعات البيانات الضخمة ليس فقط لفهم وقت النقل لسفن الشحن والشاحنات والطائرات، ولكن لفهم المدة التي تنتظر فيها لتفريغ البضائع في المستودعات، وعدد الرافعات المتوافرة في الميناء، والوقت الذي تستغرقه عمليات التفتيش.)  يمكن للشبكات الآمنة التي تستخدم توزيع المفتاح الكمي (QKD) أن تنقل بيانات حساسة لأشياء مثل المعاملات المالية وتوفر أقصى درجات السرية للعمليات العسكرية والاتصالات. يعمل الباحثون أيضًا على أجهزة استشعار كمومية تتيح للغواصات الإبحار دون الاعتماد على إشارات الأقمار الصناعية ، والرادار الكمي الذي قد يكون قادرًا على اكتشاف الطائرات "الشبحية". 

على الرغم من المنافسة الشديدة بين الولايات المتحدة والصين في مجال التقنيات الكمومية ، فإن مكالمة الفيديو التي أتاحها القمر الصناعي ميسيوس - المسمى لعالم وفيلسوف صيني قديم - هي إلى حد كبير نتيجة للتعاون الدولي. نتج عن تعاون بين فريق بقيادة بان وآخر بقيادة أنطون زيلينجر ، عالم فيزياء الكم في الأكاديمية النمساوية للعلوم. كان زيلينجر مشرفًا على درجة الدكتوراه في بان في التسعينيات ، ورأى إمكانات لدى الطالب الصيني الشاب. يتذكر زيلينجر "عندما أتى إلى هنا ، كان يركز مائة بالمائة على الفيزياء النظرية". "لكنني أدركت أنه يمكنه فعل المزيد ، لذلك اقترحت عليه التحول إلى التجارب ، وقد فعل ذلك بنجاح كبير". 

لقد نجح زيلينجر في الواقع ، وكان سعيدًا جدًا عندما اقترح طالبه السابق التعاون على QKD العابر للقارات في عام 2011. أجرى فريق بان بالفعل تجارب على مدى عدة سنوات لإثبات أن نظامًا فضائيًا يمكن أن يعمل ، وفي النهاية حصل ذلك الضوء الأخضر للحكومة الصينية لبناء قمر صناعي مخصص ، والذي تم إطلاقه في عام 2016.

إن عمل QKD على أرض الواقع صعب بما فيه الكفاية. إن القيام بذلك من قمر صناعي يعني حل مجموعة من المشكلات الإضافية ، من محاذاة إرسال القمر الصناعي بدقة مع المحطات الأرضية إلى تقليل عدد الفوتونات المفقودة في الغلاف الجوي. أعجب المراقبون ، كما يقول Hoi-Kwong Lo ، أستاذ الفيزياء بجامعة تورنتو. ويضيف: "هناك قدر هائل من الموارد المخصصة للكم في الصين ، مما يعني أنه يمكنهم فعل أشياء لا تستطيع البلدان الأخرى القيام بها."  يتوقع بان يومًا يتم فيه توصيل مراكز البيانات في قارات مختلفة عبر الأقمار الصناعية الكمية التي يخطط لها.  وتشمل إنجازات الصين الأخرى بناء أطول شبكة QKD أرضية في العالم. 

كما تم تدبير الرابط الأرضي الذي يبلغ طوله 2032 كيلومترًا (1،263 ميلًا) بين بكين وشنغهاي بواسطة Pan وأرسل مفاتيح مشفرة كميًا بين محطات الطريق ، مما يوفر شبكة فائقة الأمان لنقل البيانات المالية وغيرها من البيانات الحساسة. كما تقوم بعض المدن الصينية ببناء شبكات بلدية.  من الصعب قياس مقدار ما تستثمره الصين في هذه وغيرها من المشاريع الكمية لأن تمويل البرامج الحكومية غير شفاف. لكن بان يقول إن الأموال المخصصة لخطة كمومية وطنية للصين "على الأقل فى نفس الحجم " مثل مشروع Quantum Technologies Flagship  الذي أطلقته أوروبا مؤخرًا ، وهو مبادرة مدتها 10 سنوات بقيمة 1 مليار يورو (1.1 مليار دولار).

تستفيد الدول الصين  من استراتيجية دامت عقودًا لإرسال باحثين شباب إلى الخارج للتعلم من خبراء مثل زيلينجر ثم حثهم على مواصلة عملهم في الوطن. تنتج الصين الكثير من الأوراق العلمية الكمومية عالية الجودة ، كما ارتفع عدد براءات الاختراع الصينية المسجلة في مجالات مثل الاتصالات الكمومية والتشفير الكمي ، متجاوزًا بكثير تلك المسجلة في الولايات المتحدة وأماكن أخرى.  للمساعدة في تطوير الباحثين الكميين في المستقبل ، تقوم الدولة ببناء مختبر وطني بقيمة مليار دولار لعلوم المعلومات الكمية في Hefei والذي سيتم افتتاحه في اواخر عام 2020 ؛ سيجمع خبراء من مجموعة من التخصصات مثل الفيزياء والهندسة الكهربائية وعلوم المواد. سيتم تخصيص بعض الأموال لحرم USTC الجديد في نفس الموقع لتدريب الباحثين الكميين. يقول بان: "نحن نعمل بجد لتطوير القوى العاملة في المستقبل في مجال تكنولوجيا الكم".

لقد أنشأ بالفعل مركزًا للمعلومات الكمومية وفيزياء الكم في USTC في يونيو 2018 ، أعلن فريق في المركز أنه سجل رقمًا قياسيًا عالميًا في تشابك الكيوبتات. إن مثل هذا التقدم سيقربنا من النقطة التي ستتمكن عندها الآلة الكمومية أخيرًا من التفوق حتى على أقوى كمبيوتر عملاق تقليدي في مهام معينة.  هناك أيضًا خطط طموحة لتوسيع نطاق الجهود في الفضاء. يقول بان إنه على مدى السنوات الأربع إلى الخمس المقبلة ، ستطلق الصين أربعة أقمار صناعية كمية أخرى ذات مدار منخفض ، وسيتبعها قمر ثابت بالنسبة للأرض في مدار عالٍ بعد ذلك بوقت قصير. تتمثل الرؤية طويلة المدى في إنشاء إنترنت ممتد على مستوى  الصين ومضمون كميًا يمكن أن يتفوق على النسخه الحاليه . بالنظر إلى المستقبل ، يمكن استخدام التكنولوجيا لتأمين كل شيء من الهواتف الذكية إلى أجهزة الكمبيوتر المحمولة.  ساعد Jian-Wei Pan ، الذي يقف أمام جهاز استقبال يستخدم في إرسال إشارات فائقة الأمان من القمر الصناعي Micius ، في قيادة جهود الصين الكمية.

إذن ، هل الصين مستعدة حقًا للهيمنة على عصر الكم الناشئ؟ وماذا ستفعل بهذه الهيمنة إذا كان الأمر كذلك؟  الإجابة على أول هذه الأسئلة دقيقة. في حين أن Micius وشبكات QKD الأرضية تمنح الصين الأفضلية - في الوقت الحالي - في الاتصالات الكمومية الآمنة ، فإنها لا تزال تتبع الولايات المتحدة في الحوسبة الكمومية. ومع ذلك ، كما يظهر نجاح فريق بان في تشابك الكيوبتات ، فإنه يحرز تقدمًا سريعًا. 

تستثمر شركات التكنولوجيا الصينية الكبرى مثل Alibaba و Baidu بكثافة في الحوسبة الكمية. أطلقت Alibaba خدمة الحوسبة السحابية التي تتيح للأشخاص تجربة المعالجات الكمومية ، مما يعكس جهودًا مماثلة لشركات أمريكية مثل IBM و Rigetti .  يشير إسحاق تشوانج ، الأستاذ بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ورائد الحوسبة الكمومية ، إلى أن أحد الأسباب التي جعلت الصين تعمل جيدًا في علم الكم هو التنسيق الوثيق بين مجموعات البحث الحكومية والأكاديمية الصينية للعلوم وجامعات البلاد.  يؤكد بان على الفرص التجارية. تستخدم الشركات بالفعل شبكة بكين وشنغهاي لشحن المعلومات بأمان. ويتوقع يومًا تكون فيه مراكز البيانات في قارات مختلفة متصلة عبر كوكبة من الأقمار الصناعية الكمومية التي يخطط لها.  

وبطبيعة الحال ، يمكن أيضًا استخدام هذه الأقمار الصناعية لأغراض عسكرية. تقول إلسا كانيا من مركز الأمن الأمريكي الجديد ، وهو مركز أبحاث في واشنطن العاصمة ، إن أجزاء مختلفة من القوات المسلحة الصينية تمول الأبحاث في الاتصالات الكمومية وأجهزة الاستشعار والرادار. تعمل الشركات الكبرى مثل China Shipbuilding Industry Corporation ، وهي واحدة من أكبر شركات بناء السفن الحربية والغواصات في البلاد ، مع الجامعات في مشاريع كمية. إذا اعتقدت الصين أن التكنولوجيا يمكن أن تمنحها ميزة عسكرية ، فقد تتراجع عن التعاون الدولي وتحتفظ بالابتكارات لنفسها. 

ترى وجهة نظر أكثر تفاؤلًا أن الصين تظل منفتحة على أنواع التبادلات  والتى ساعت في تحويلها إلى قوة عظمى كمومية ، وتبذل قصارى جهدها للاستفادة من اقتصاد بيانات جديد مستوحى من الكم. يبدو أن فكرة أن الصين يمكن أن تتولى زمام المبادرة جديده : حتى أن شي جين بينغ تحدث علنًا عن علم الكم يفتح "ثورة صناعية جديدة".

أيًا كان السيناريو الذي سينتهي في النهاية ، ستعول الصين بشدة على والد الكم لتوجيهها إلى النجاح.