نمونه‌های اولیه رایانه‌های کوانتومی هم‌اکنون وجود دارند، اما برای بهره‌برداری کامل از پتانسیل آنها باید مقیاس‌شان به‌طور چشمگیری افزایش یابد و پایدارتر شوند. در همین راستا، تیمی از پژوهشگران شرکت IBM گامی مهم به سوی این هدف برداشته‌اند.
به گزارش ایسنا، این پیشرفت مربوط به «اتصال‌دهنده‌های راه دور»(L-couplers) است که کیوبیت‌ها را به یکدیگر متصل می‌کنند. کیوبیت‌ها در قلب رایانه‌های کوانتومی جای دارند و برخلاف بیت‌های معمولی که اساس رایانش کلاسیک را تشکیل می‌دهند، تنها به دو حالت صفر یا یک محدود نمی‌شوند.
افزایش مقیاس رایانه‌های کوانتومی از طریق اتصال چندین تراشه با استفاده از این اتصال‌دهنده‌های راه دور، منطقی‌تر و عملی‌تر از تلاش برای جای دادن تعداد بیشتری کیوبیت روی یک تراشه واحد است.
با این حال، این اتصال‌دهنده‌ها باید قادر باشند اطلاعات کوانتومیِ حساس و شکننده را در فواصل بسیار طولانی (از منظر کوانتومی که در این مورد خاص ۸۰ سانتی‌متر است)، منتقل کنند.
محققان در این پژوهش، دو تراشه ۱۲۰ کیوبیتی را با استفاده از چهار اتصال‌دهنده راه دور (ساخته‌شده از آلومینیوم ابررسانا) به هم متصل کردند. آنها به دقت انتقال میانگین ۹۹ درصد دست یافتند که در بهترین حالت به ۹۹.۲۹ درصد رسید.
این آزمایشی مهم برای این سامانه‌های چندکاناله محسوب می‌شود؛ سامانه‌هایی که در آنها تراشه‌های کوانتومی بزرگ می‌توانند داده‌ها را از مسیرهای گوناگونی منتقل کنند.
پژوهشگران در مقاله خود نوشتند: در سال‌های پیش رو، مقیاس رایانه‌های کوانتومی هم از نظر پیچیدگی پردازنده و هم از نظر تعداد ماژول‌ها به‌طور قابل‌توجهی افزایش خواهد یافت. چنین ماشین‌هایی به اتصالات متعددی میان ماژول‌ها نیاز خواهند داشت که از نظر عملکردی یکسان باشند. ما روشی عملی برای ایجاد چندین اتصال راه دور بین پردازنده‌های کوانتومی بزرگ پس از قرارگیری ماژول‌ها درون یک کرایوستات (سامانه سرمایشی فوق‌سرد) ارائه می‌دهیم.
اگر بیت‌های کلاسیک را بتوان به «شیر یا خط» روی یک سکه (۱ یا ۰) تشبیه کرد، کیوبیت‌ها می‌توانند شیر باشند، خط باشند، یا حتی در حالتی میان این دو (در حال چرخش) باقی بمانند تا زمانی که اندازه‌گیری شوند؛ ویژگی‌ای که منجر به افزایش نمایی (تصاعدی) قدرت محاسباتی می‌شود.
آنچه این اتصال‌دهنده‌های راه دور در اینجا منتقل می‌کنند، در واقع «حالت‌های کوانتومی» کیوبیت‌ها یا همان ویژگی‌های مربوط به چرخش آنهاست. این تیم همچنین مشاهده کرد که کابل‌های آنها در حین استفاده، انرژی بسیار ناچیزی از دست می‌دهند و در طول سه چرخه گرم و سرد شدن همچنان کارآمد باقی می‌مانند و می‌توانند درهم‌تنیدگی را نیز بین دو تراشه منتقل کنند.
پژوهشگران می‌گویند: تا آنجا که می‌دانیم، این نخستین نمایش یک اتصال کوانتومی چندکاناله میان پردازنده‌های ابررسانای دارای کیوبیت‌های متعدد است. این دستاورد، فناوری اتصال‌دهنده‌های راه دور را که در اینجا معرفی شده، به عنوان یک مؤلفه عملی و مناسب برای توسعه مقیاس‌پذیر سیستم‌های ماژولار (بخش‌بندی‌شده) تثبیت می‌کند.
شرکت IBM تمام توان خود را بر رویکرد ماژولار در رایانش کوانتومی متمرکز کرده است. کیوبیت‌ها و اتصال‌دهنده‌های راه دور که در اینجا به نمایش درآمده‌اند، قرار است درون سیستم‌های برودتی (کرایوژنیک) نصب شوند که سیستم‌هایی شبیه به یخچال هستند که این شرکت در ماه اوت از آنها رونمایی کرد.
این واحدها می‌توانند کیوبیت‌ها را در دماهای فوق‌سردِ مورد نیاز برای رایانش کوانتومی نگه دارند و اکنون درک بسیار بهتری از نحوه عملکردِ ساختار الکترونیکی داخلی آنها در عمل داریم.
هدف نهایی، اتصال صدها تراشه کوانتومی به یکدیگر درون این واحدهای برودتی است که تا دمایی ۱۸۰ برابر سردتر از فضای عمیق کیهانی خنک می‌شوند تا از این طریق، نخستین رایانه کوانتومیِ مقاوم در برابر خطا(fault-tolerant) در جهان تا سال ۲۰۲۹ ساخته شود.
جی گامبتا(Jay Gambetta)، مدیر بخش تحقیقات IBM که البته مستقیماً در این پژوهش مشارکت نداشته است، می‌گوید: اتصال و عملکرد موفقیت‌آمیز این ماژول‌های برودتی، گامی رو به جلو در این مسیر محسوب می‌شود و در کنار نوآوری‌های مداوم در سخت‌افزار، نرم‌افزار و الگوریتم‌های کوانتومی، پیشرفت ما را شتاب خواهد بخشید.
این گامی در مسیر درست برای سیستم‌های رایانش کوانتومی است، هرچند هنوز کارهای زیادی باقی مانده است. برای نمونه، پژوهشگران متوجه تداخل‌های مغناطیسی شدند که بر کیفیت سیگنال تأثیر می‌گذاشت؛ بنابراین پیش از آنکه این اتصال‌دهنده‌های راه دور واقعاً آماده استفاده شوند، باید کارایی آنها بیش از پیش بهبود یابد.
در توسعه رایانش کوانتومی، عوامل بی‌شماری باید در نظر گرفته شوند؛ از انتقال اطلاعات و تصحیح خطا گرفته تا سرعت محاسبات و ملاحظات عملیِ سخت‌افزاری، اما هر گامی نظیر این مورد، ما را به عملکرد رایانشیِ نسل آینده نزدیک‌تر می‌کند.
پژوهشگران می‌گویند: این چهار اتصال‌دهنده راه دور با دقت بالا، مسیری عملی را برای ایجاد اتصالات کوانتومیِ مقیاس‌پذیر در رایانش کوانتومیِ ماژولار فراهم می‌کنند.
این پژوهش هنوز تحت داوری همتا(peer review) قرار نگرفته، اما نسخه پیش‌انتشار آن در وب‌سایت arXiv در دسترس است.
نظرات کاربران