حل پازل محاسبات کوانتومی توسط محققان

با سلام خدمت همه همراهان مجله رادیب ، مرادیان هستم و با یک مقاله دیگر در خدمت شما عزیزان خواهم بود، با من همراه باشید. حتما قبلا در مورد رایانه های کوانتومی مطالب بسیاری شنیده اید. ممکن است بارها شنیده باشید که رایانه های کوانتومی، انقلابی است که در آینده نزدیک محاسبات پردازشی را به سطحی می‌رساند که در حال حاضر، حتی تصور آن سخت، غیر ممکن و غیر منطقی باشند. پردازش کوانتومی، پیشرفت‌های عظیمی درافزایش سرعت و کارایی محاسبات را نوید می‌دهد؛ اما حتی اگر این ایده‌ها چندین دهه قدمت داشته باشند، عملی کردن این مفهوم یک چالش مهندسی بسیار بزرگ، پرهزینه، سخت و طاقت‌فرسا است. با این وجود، محققان و دانشمندان در سطح جهانی به‌ دنبال دستیابی به برتری کوانتومی هستند و به‌ صورت روز افزون شاهد پیشرفت‌های بزرگی در این زمینه هستیم که می‌تواند علاقه‌مندان تکنولوژی‌ را به وجد بیاورد. در جدیدترین مورد، محققان دانشگاه نیو ساوت ولز سیدنی مدعی هستند که به دستاورد مهمی دست یافته‌اند که می‌توان آن را به‌عنوان تکه‌ای گم‌شده از قطعات پازل معماری تراشه‌های کوانتومی توصیف کرد.

پایه و اساس کامپیوترهای کوانتومی به خواص عجیب‌وغریب کیوبیت‌ها بازمی‌گردد که همتای کوانتومی بیت‌ها در رایانه‌های مرسوم هستند. کیوبیت‌ها بسیار حساس هستند و کوچک‌ترین نویز محیطی می‌تواند خواص آن‌ها را از بین ببرد و به یک پاشنه‌ی آشیل برای کامپیوترهای کوانتومی غول‌آسای کنونی باشند. در واقع این تنها بخشی از ماجرا است؛ زیرا کیوبیت‌ها با استفاده از سیم‌هایی کنترل می‌شوند که علاوه بر اشغال فضای تراشه، گرمای بسیاری تولید می‌کنند و جالب است بدانید که بر خلاف تراشه‌های مرسوم که از آستانه‌ی دمای بالایی برخوردار هستند، اغلب تراشه‌های کوانتومی در دمای صفر مطلق کار می‌کنند و تولید گرمای اضافه می‌تواند به چالشی مضاعف تبدیل شود. دکتر جارید پلا، یکی از متصدیان دستاورد جدید، در بیانیه‌ای می‌گوید:

تا این لحظه، کنترل کیوبیت‌های اسپین الکترون بر میدان‌های مغناطیسی ماکروویو که ما با برقراری جریان از طریق یک سیم در کنار کیوبیت ارائه می‌دهیم، متکی بودند و این چالش‌های خود را داشت. اگر بخواهیم میلیون‌ها کیوبیت را در یک کامپیوتر کوانتومی برای حل مشکلات مهم جهانی مانند طراحی واکسن‌های جدید به کار ببریم، برخی چالش‌های واقعی نمایان خواهند شد.

در این گزارش آمده است که تیم کوانتومی دانشگاه ساوت ولز سیدنی برای کاهش چالش‌ها، ایده‌ای را ارجحیت داده است که به‌جای استفاده از سیم، یک میدان مغناطیسی در بالای تراشه ایجاد می‌کند. جارید پلا در این باره می‌گوید: «ابتدا سیم کنار کیوبیت‌ها را برداشتیم و سپس راهی جدید برای ارائه میدان‌های کنترل مغناطیسی با فرکانس ماکروویو در کل سیستم ارائه دادیم؛ بنابراین در اصل ما می‌توانیم  برای چهار میلیون کیوبیت میدان‌ کنترل ارائه بدهیم. دو نوآوری کلیدی در اینجا وجود دارد. اولین مورد این است که مجبور نیستیم قدرت زیادی برای به دست آوردن میدان محرک قوی برای کیوبیت‌ها به کار گیریم که به این معنی است که گرمای زیادی تولید نمی‌کنیم. مورد دوم این است که میدان در سراسر تراشه بسیار یکنواخت است؛ به‌طوری که میلیون‌ها کیوبیت همه سطح کنترل یکسانی را تجربه می‌کنند.»

گفته می‌شود این تیم نمونه اولیه این فناوری را توسعه داده و آن را با استفاده از کیوبیت با موفقیت آزمایش کرده‌ است. اندرو جوراک، پروفسور دانشگاه ساوت ولز، می‌گوید:

«وقتی آزمایش موفقیت‌آمیز شد، ما بسیار خوشحال شدیم. این مشکل در مورد نحوه کنترل میلیون‌ها کیوبیت مدت‌ها بود که من را نگران می‌کرد؛ زیرا مانع بزرگی برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی در مقیاس کامل بود.»

با غلبه بر این مانع، گام بعدی استفاده از این توسعه برای ایجاد پردازنده‌های کوانتومی ساده‌تر است. محققان می‌گویند این امر باعث می‌شود در آینده دستگاه‌هایی با کیوبیت بیشتر تولید شود؛ البته باید به این نکته توجه داشت که هنوز با به‌کارگیری میلیون‌ها کیوبیت در رایانه‌های کوانتومی سال‌ها فاصله داریم؛ اما دستاوردی که بتواند آن‌ها را کنترل و سازماندهی کند، نقطه‌ی عطفی در حرکت به سمت انقلاب بعدی محاسبات است.

منبع: مجله رادیب