اولین کامپیوتر کوانتومی مبتنی‌بر الماس با قابلیت کار در دمای اتاق به بازار می‌آید

استارتاپ آلمانی Saxon Q اولین کامپیوتر کوانتومی قابل حمل مبتنی‌بر الماس را معرفی کرد که در دمای محیط کار می‌کند و به پریز برق شهری متصل می‌شود؛ از همین رو دیگر برای کار با کامپیوترهای کوانتومی نیازی به تجهیزات سرمایشی گران‌قیمت نیست. این دستاورد از نقص‌های ساختاری موجود در الماس‌های آزمایشگاهی برای پردازش اطلاعات بهره می‌برد و توانسته برای اولین‌بار در معماری نیتروژن-خلاء (NV) از مرز ۱۰ کیوبیت عبور کند.

در دهه ۱۹۷۰ دانشمندان دریافتند که برخی از الماس‌ها هنگام تابش نور، درخشش سرخ‌رنگی از خود ساطع می‌کنند. تحقیقات بعدی مشخص کرد که این پدیده به دلیل وجود نقص در شبکه کریستالی الماس رخ می‌دهد؛ در این نقص یک اتم نیتروژن به‌جای اتم کربن قرار می‌گیرد. این اتم‌های نیتروژنِ مجزا به سمت فضای خالی یا خلاء در ساختار کربنی جذب می‌شوند و رفتاری شبیه به یک ذره به‌دام‌افتاده نشان می‌دهند.

الکترون‌های این اتم‌ها مستقل از الکترون‌های درون اتم‌های کربن پیرامونی می‌چرخند. پژوهشگران با استفاده از لیزرهای ویژه، اسپین الکترون‌ها را روی حالت صفر تنظیم و سپس با پالس‌های مایکروویو آن‌ها را برای اجرای حالت‌های پیچیده‌تر، از جمله حالت برهم‌نهی کنترل می‌کنند.

مسئله اصلی دانشمندان در سال‌های گذشته، عدم امکان ساخت سیستم‌های بالاتر از ۱۰ کیوبیت با این معماری بود. اکنون محققان می‌گویند کلید اصلی عبور از این محدودیت، دستیابی به کشفی مهم در حوزه مواد بوده است.

دانشمندان استارتاپ ساکسون کیو هنگام ایجاد خلاء در الماس‌های آزمایشگاهی، عنصر گوگرد را هم‌زمان تزریق کردند. افزودن گوگرد، پتانسیل شیمیایی را تغییر می‌دهد و با تأمین الکترون اضافی، باعث پیوند خلاء به نیتروژن (Nitrogen-Vacancy) با بازدهی فوق‌العاده بالا می‌شود. این نوآوری، کنترل‌پذیری دقیق‌تر روی کیوبیت‌ها را امکان‌پذیر کرده است.

اولین کامپیوتر کوانتومی مبتنی‌بر الماس جهان

یکی از برجسته‌ترین نقاط قوت کامپیوتر کوانتومی ساکسون کیو، نرخ وفاداری بسیار بالای آن در حذف خطاها است. آزمایش‌های اولیه نرخ دقت ۹۹.۹۲ درصد (کمتر از یک خطا در هر ۱۰۰۰ عملیات) را ثبت کردند و آخرین آمارهای ارائه شده از سوی این شرکت، نرخ دقت ۹۹.۹۸ درصد را در عملیات تک‌کیوبیتی نشان می‌دهد. این میزان از دقت با دستاوردهای پیشرفته‌ترین آزمایشگاه‌های جهان مانند IBM و MIT رقابت می‌کند.

برخلاف سیستم‌های کوانتومی ابررسانا که برای عملکرد صحیح به تجهیزات پیچیده و گران‌قیمت سرمایی برای نگهداری دما در نزدیکی صفر مطلق نیاز دارند، سیستم ساکسون کیو در دمای محیط کار می‌کند. این دستگاه بدون نیاز به نظارت مداوم یا تأسیسات خاص، درون رک‌های معمولی قرار می‌گیرد و با برق متناوب متداول روشن می‌شود.

ویژگی قابل حمل بودن و اتصال آسان به شبکه برق، مزیت بزرگی برای خریدارانی ایجاد می‌کند که مایلند الگوریتم‌های کوانتومی را بدون وابستگی به زیرساخت‌های ابری اجرا کنند. این قابلیت به‌ویژه در حوزه پردازش‌های فوق‌العاده مثل هدایت خودروهای خودران یا سامانه پیشرفته رباتیک کاربرد مهمی دارد.

درحال‌حاضر، دستگاه‌های ساکسون کیو با پیکربندی حداکثر ۱۲۸ کیوبیت آماده عرضه هستند و مدل‌های ۵۱۲ کیوبیتی نیز برای تحویل در سال آینده میلادی برنامه‌ریزی شده‌اند. نقشه راه این شرکت نشان می‌دهد که آن‌ها قصد دارند پس از سال ۲۰۳۰ به مقیاس ۱۰ هزار کیوبیت و بالاتر دست یابند.