جهش هزاربرابری کامپیوترهای کوانتومی با یک کیوبیت

پژوهشگران دانشگاه پرینستون موفق به ساخت نوعی کیوبیت ابررسانا شده‌اند که می‌تواند عملکرد پردازنده‌های کوانتومی گوگل را تا هزار برابر بهبود دهد؛ پیشرفتی که در صورت توسعه در مقیاس بزرگ، می‌تواند آینده رایانش کوانتومی را دگرگون کند.

به گزارش منابع علمی، این کیوبیت جدید از نوع ترانسمون (Transmon) است و زمان همدوسی (Coherence Time) آن ـ یعنی مدت‌زمانی که کیوبیت می‌تواند اطلاعات کوانتومی را بدون خطا حفظ کند ـ سه برابر بیشتر از بهترین نمونه‌های آزمایشگاهی گزارش‌شده و ۱۵ برابر بهتر از کیوبیت‌های مورد استفاده گوگل و IBM است.

رایانه‌های کوانتومی به‌عنوان جام مقدس نسل آینده محاسبات شناخته می‌شوند؛ فناوری‌ای که توانایی حل مسائلی را دارد که رایانه‌های کلاسیک عملاً از انجام آنها ناتوان‌اند. با این حال چالش‌های فنی متعددی هنوز مانع از تجاری‌سازی گسترده این فناوری شده است که یکی از مهم‌ترین آنها عمر کوتاه کیوبیت‌ها و بروز خطا در محاسبات است.

نوآوری در مواد کلید جهش عملکرد

کیوبیت‌های ترانسمون به دلیل تحمل بالاتر در برابر نویز و سهولت ساخت گزینه اصلی شرکت‌هایی مانند گوگل و IBM هستند؛ اما افزایش زمان همدوسی آنها همواره دشوار بوده است. تیم تحقیقاتی پرینستون به سرپرستی ناتالی د لئون و اندرو هوک با این فرض که کیفیت مواد نقش تعیین‌کننده‌ای دارد رویکردی متفاوت در پیش گرفتند.

با همکاری رابرت کاوا، شیمیدان دانشگاه پرینستون پژوهشگران از عنصر نادر تانتالوم برای ساخت مدار کوانتومی استفاده کردند؛ فلزی بسیار مقاوم که در برابر فرآیند‌های سخت پاک‌سازی در زمان ساخت، پایداری بالایی دارد. ابتدا این مدار روی زیرلایه یاقوت کبود ساخته شد که بهبود محسوسی در زمان همدوسی ایجاد کرد اما همچنان اتلاف انرژی وجود داشت.

در گام بعد تیم تحقیقاتی تصمیم گرفت زیرلایه را با سیلیکون با درجه خلوص بالا همان ماده رایج در صنعت نیمه‌رسانا جایگزین کند. ساخت کیوبیت روی سیلیکون با چالش‌های فنی جدی همراه بود اما در نهایت پژوهشگران موفق به غلبه بر این موانع شدند.

جهشی بی‌سابقه در توان محاسباتی

نتیجه این تلاش‌ها دستیابی به کیوبیتی با زمان همدوسی ۱۵ برابر بهتر از فناوری‌های فعلی گوگل و IBM بود. اندرو هوک می‌گوید: اگر همین کیوبیت پرینستونی را در بهترین پردازنده کوانتومی گوگل، یعنی Willow، جایگزین کنیم عملکرد آن حدود هزار برابر افزایش می‌یابد.

به گفته او مزیت این کیوبیت با افزایش تعداد کیوبیت‌ها به‌صورت تصاعدی رشد می‌کند. بر اساس برآورد‌های این تیم یک رایانه کوانتومی فرضی با هزار کیوبیت می‌تواند حدود یک میلیارد برابر بهتر از بهترین رایانه‌های کوانتومی امروز عمل کند.

ناتالی د لئون نیز در این‌باره می‌گوید: ما نشان دادیم که رسیدن به این سطح از عملکرد در بستر سیلیکون امکان‌پذیر است. حالا که مراحل کلیدی و ویژگی‌های اساسی این پیشرفت مشخص شده استفاده از این رویکرد برای پژوهشگرانی که روی پردازنده‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر کار می‌کنند بسیار ساده‌تر خواهد بود.

این دستاورد علمی در نشریه معتبر Nature منتشر شده و از آن به‌عنوان یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های اخیر در مسیر عملیاتی شدن رایانش کوانتومی یاد می‌شود.

انتهای پیام/