تراشه کوانتومی؛ گامی دیگر به سوی تجاری سازی کامپیوتر های کوانتومی - وبلاگ مستند

به گزارش وبلاگ مستند، تراشه نوآورانه ای ساخته شده که می تواند یکی از چالش های بزرگ در جهت توسعه کامپیوتر های کوانتومی را برطرف کند.

به گزارش گروه دانشگاه وبلاگ مستند، فیزیکدانان حوزه کوانتوم در دانشگاه کپنهاگ از یک دستاورد تازه در زمینه فناوری کوانتومی رونمایی کردند. آن ها با اجرا همزمان چند کیوبیت اسپین روی یک تراشه کوانتومی، بر یک مانع کلیدی در راستا توسعه ابرکامپیوتر های آینده غلبه کردند. نتیجه این پروژه می تواند نویدبخش استفاده از مواد نیمه رسانا به عنوان پلتفرمی برای کامپیوتر های کوانتومی حالت جامد، باشد.

یکی از چالش های موجود در راستا توسعه یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی، کنترل همزمان بسیاری از دستگاه های حافظه اصلی - کیوبیت ها - است. چرا که کنترل یک کیوبیت معمولاً تحت تأثیر پالس های کنترلی اعمال شده به کیوبیت دیگر است. به تازگی دو فیزیکدان جوان حوزه کوانتوم در مؤسسه نیلز بور دانشگاه کپنهاگ، توانسته اند بر این مانع غلبه نمایند.

تحقیقات جهانی در زمینه کیوبیت بر اساس فناوری های مختلف است. در حالی که گوگل و آی بی ام با پردازنده های کوانتومی مبتنی بر فناوری ابررسانا پیش رفته اند، گروه تحقیقاتی UCPH روی کیوبیت های نیمه رسانا، معروف به کیوبیت های اسپین، کار می نمایند.

فدریکو فدله شرح می دهد: این کیوبیت ها از اسپین های الکترونی تشکیل شده اند که در نانوساختار های نیمه رسانا به نام نقاط کوانتومی به دام افتاده اند، به طوری که حالت های اسپین جداگانه را می توان کنترل کرد و با یکدیگر درهم تنید.

کیوبیت های اسپینی این مزیت را دارند که حالت های کوانتومی خود را برای مدت طولانی حفظ نمایند. این موضوع به طور بالقوه به آن ها اجازه می دهد تا محاسبات سریع تر و بی عیب تری را نسبت به سایر انواع پلت فرم ها انجام دهند. این کیوبیت ها آن قدر کوچک هستند که می توان تعداد بیشتری از آن ها را نسبت به سایر روش های کیوبیت روی یک تراشه فشرده کرد. هر چه کیوبیت بیشتر باشد، قدرت پردازش کامپیوتر بیشتر است. تیم UCPH چهار کیوبیت در یک آرایه 2×2 بر روی یک تراشه را ایجاد کردند.

تا به امروز، بیشترین تمرکز فناوری کوانتومی بر فراوری کیوبیت های بهتر بوده است. آناسوا چاترجی شرح می دهد که این پروژه در پی وادار کردن کیوبیت ها به برقراری ارتباط با یکدیگر است. اکنون که کیوبیت های بسیار خوبی داریم، گام بعدی این است که آن ها را در مدار هایی به هم متصل نموده تا کیوبیت های متعدد با هم کار نمایند. این ساختار به مقدار ای پیچیده است که بتوان خطا های محاسباتی کوانتومی را تصحیح کرد.

مدار کوانتومی ساخته شده از ماده نیمه رسانا گالیوم آرسنید این گروه تحقیقاتی بزرگتر از مقدار یک باکتری نیست.

چاترجی، که یکی از دو نویسنده اصلی است، می گوید: نکته تازه و واقعاً مهم در خصوص تراشه ما این است که می توانیم به طور همزمان از همه کیوبیت ها استفاده کنیم. این کار هرگز با کیوبیت های چرخشی وهمچنین با بسیاری از انواع دیگر کیوبیت ها انجام نشده بود.

تحقق این مدار تازه نقطه عطفی در راستا طولانی به سمت یک کامپیوتر کوانتومی نیمه هادی است. پروفسور کوئمث که سرپرستی این تحقیق را بر عهده داشت، می گوید: برای بدست آوردن پردازنده های کوانتومی قوی تر، نه تنها باید تعداد کیوبیت ها، بلکه تعداد عملیات همزمان را نیز باید افزایش دهیم، که دقیقاً همان کاری است که ما انجام دادیم.

در حال حاضر، یکی از چالش های اصلی این است که 48 الکترود کنترل تراشه باید به صورت دستی تنظیم شوند و علیرغم رانش محیطی به طور مداوم تنظیم شوند، که برای انسان کاری خسته نماینده است. به همین علت است که تیم تحقیقاتی او اکنون در پی این هستند که چگونه الگوریتم های بهینه سازی و یادگیری ماشینی می توانند برای تنظیم اتوماتیک استفاده شوند. برای ایجاد امکان ساخت آرایه های کیوبیت حتی بزرگتر، محققان همکاری با شرکای صنعتی را برای ساخت نسل بعدی تراشه های کوانتومی شروع نموده اند. به طور کلی، کوشش های هم افزایی از علوم کامپیوتر، مهندسی میکروالکترونیک و فیزیک کوانتومی ممکن است کیوبیت های اسپین را به نقاط عطف بعدی راهنمایی کند.