نخستین رایانه کوانتومی قابلحمل از جنس الماس رونمایی شد
یک استارتاپ آلمانی به نام Saxon Q از نخستین رایانه کوانتومی قابلحمل جهان مبتنی بر الماس رونمایی کرده است که توانسته از مرز ۱۰ کیوبیت عبور کند.
به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از live science، این سامانه در دمای اتاق کار میکند درون یک رک استاندارد سرور جای میگیرد و بدون نیاز به سامانههای پیچیده سرمایشی مستقیما به شبکه برق معمولی متصل میشود.
این رایانه از معماری نقص نیتروژن-جایخالی (Nitrogen-Vacancy یا NV) بهره میبرد. در این فناوری نقصهای ایجادشده در الماسهای مصنوعی بهعنوان کیوبیت مورد استفاده قرار میگیرند. کیوبیتها برخلاف بیتهای کلاسیک که تنها مقدار صفر یا یک را نمایش میدهند قادرند در حالت برهمنهی کوانتومی بهطور همزمان ترکیبی از صفر و یک باشند؛ ویژگیای که توان پردازشی رایانههای کوانتومی را بهطور چشمگیری افزایش میدهد.
بر اساس اعلام این شرکت نسخههای فعلی این رایانه در قالب رکهای سروری با ظرفیت حداکثر ۱۲۸ کیوبیت عرضه میشوند و نسخه ۵۱۲ کیوبیتی آن نیز قرار است سال آینده تحویل مشتریان شود. همچنین در نقشه راه Saxon Q پیشبینی شده است که این فناوری پس از سال ۲۰۳۰ به مقیاس ۱۰ هزار کیوبیت و فراتر از آن برسد.
عبور از مانع ۱۰ کیوبیت
هرچند فناوری کیوبیتهای مبتنی بر نقص نیتروژن در الماس پیش از این نیز مطرح بود اما تولید سامانههایی با بیش از ۱۰ کیوبیت همواره به دلیل دشواری ساخت این نوع کیوبیتها با چالشهای جدی روبهرو بوده است.
به گفته کارشناسان اگرچه نشریه Live Science به یک گزارش فنی درباره نحوه عملکرد این سامانه دسترسی داشته اما تاکنون هیچ پژوهش علمی منتشرشدهای که عملکرد یک رایانه کوانتومی مبتنی بر معماری NV با بیش از ۱۰ کیوبیت را نشان دهد وجود نداشته است. از این رو هنوز نمیتوان عملکرد این سامانه را بهطور مستقل با سایر پلتفرمهای رایانههای کوانتومی مقایسه کرد.
الماسهای معیوب چگونه به رایانه کوانتومی تبدیل میشوند؟
ریشه این فناوری به دهه ۱۹۷۰ بازمیگردد. زمانی که دانشمندان دریافتند برخی الماسها هنگام تابش نور خاص درخششی قرمز رنگ از خود نشان میدهند. بررسیهای بعدی نشان داد این پدیده ناشی از وجود اتمهای نیتروژن در محل اتمهای کربن و ایجاد حفره یا جایخالی در ساختار بلوری الماس است.
در طبیعت چنین الماسهایی بسیار نادر هستند، اما پژوهشگران قادرند آنها را بهصورت مصنوعی در آزمایشگاه تولید کنند. در این ساختار الکترونهای اتم نیتروژن درون جایخالی رفتاری مستقل از الکترونهای اتمهای کربن اطراف دارند و ویژگی مهمی به نام اسپین از خود نشان میدهند.
پژوهشگران با استفاده از لیزر ابتدا اسپین الکترون را در حالت مشخصی قرار میدهند و سپس با اعمال پالسهای مایکروویو آن را با دقت بسیار بالا به حالتهای مختلف کوانتومی هدایت میکنند؛ حالتهایی که در رایانههای کلاسیک قابل دستیابی نیست.
راز موفقیت Saxon Q؛ استفاده از گوگرد
ماریوس گروندمان استاد فیزیک تجربی دانشگاه لایپزیگ و از بنیانگذاران Saxon Q اعلام کرد عامل اصلی عبور این شرکت از مرز ۱۰ کیوبیت یک نوآوری در مهندسی مواد بوده است.
به گفته وی هنگام ایجاد نقص در الماسهای مصنوعی پژوهشگران علاوه بر نیتروژن اتمهای گوگرد را نیز در ساختار الماس وارد میکنند. حضور گوگرد باعث میشود جایخالی ایجادشده بار منفی پایدارتری پیدا کند و الکترون مورد نیاز برای تشکیل کیوبیت تامین شود. این فرآیند همچنین احتمال تشکیل موفق نقص نیتروژن-جایخالی را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد و کنترل دقیقتری بر هر کیوبیت فراهم میکند.
دقت بالا در اجرای عملیات کوانتومی
پس از آمادهسازی کیوبیتها با لیزر و پالسهای مایکروویو سیستم وارد مرحله تصحیح خطا میشود. Saxon Q اعلام کرده است که کیوبیتهای این سامانه پیش از اعمال الگوریتمهای تصحیح خطا به دقت (Fidelity) ۹۹.۹۲ درصد دست یافتهاند، به این معنا که کمتر از یک خطا در هر هزار عملیات کوانتومی رخ میدهد.
گروندمان همچنین گفت آخرین اندازهگیریهای انجامشده تا ۲۲ ژوئیه نشان میدهد دقت عملیات تککیوبیتی به ۹۹.۹۸ درصد رسیده است. این میزان با بهترین نتایج گزارششده توسط مراکز پیشرویی مانند IBM و MIT قابل مقایسه است هرچند این ارقام تاکنون بهصورت مستقل تایید نشدهاند.
رقابت با رایانههای کوانتومی متداول
در حال حاضر مقایسه مستقیم سامانههای مبتنی بر الماس با رایانههای کوانتومی رایج از جمله سامانههای مبتنی بر ابررساناها دشوار است، زیرا بیشتر تحقیقات سالهای اخیر درباره فناوری NV بر کاربردهای حسگرهای کوانتومی متمرکز بوده و تنها تعداد محدودی پژوهش به استفاده از این معماری در رایانش کوانتومی پرداختهاند.
گروندمان تاکید کرد رایانههای Saxon Q یک سامانه کوانتومی کاملا عملیاتی هستند که از طریق شبکه در دسترس قرار میگیرند و قابلیت اجرای کدهای کوانتومی را دارند. به گفته وی این سامانه از معماری چندکاربره، چندوظیفهای و چندهستهای برخوردار است و از نظر قابلیتهای پردازشی با دیگر فناوریهای رایانه کوانتومی رقابت میکند.
در صورت تایید مستقل عملکرد این سامانه رایانههای کوانتومی مبتنی بر الماس Saxon Q میتوانند در زمره نخستین نسل از رایانههای کوانتومی دمای اتاق قرار گیرند که عملکردی همتراز با سامانههای پیشرفتهای ارائه میدهند که تاکنون برای فعالیت به تجهیزات برودتی پیچیده و پایش دائمی نیاز داشتهاند.
انتهای پیام/
