فناوری
کوانتوم در عمل: کیوبیت انقلابی پرینستون، عمر پردازش را سه برابر افزایش داد
کوانتوم در عمل: کیوبیت انقلابی پرینستون، عمر پردازش را سه برابر افزایش داد
این کیوبیت جدید، که بر اساس طراحی نوینی از تانتالیم-سیلیسیم ساخته شده، سه برابر طولانیتر از بهترین نمونههای موجود در آزمایشگاهها دوام میآورد و ۱۵ برابر بیشتر از کیوبیتهای تجاری فعلی پایدار است. این پیشرفت میتواند زمینهساز ساخت پردازشگرهای کوانتومی بزرگ و پایدار برای حل مسائل واقعی باشد.
اندرو هاک، استاد مهندسی پرینستون و مدیر یکی از مراکز ملی پژوهش کوانتومی آمریکا، میگوید: «چالش اصلی پیش روی رایانههای کوانتومی امروزی، کوتاهی عمر اطلاعات در کیوبیتهاست. این مشکل، مانع اصلی برای رسیدن به سیستمهای کوانتومی کاربردی است».
پژوهشگران پرینستون موفق شدند کیوبیت جدیدی بسازند که بیش از ۱ میلیثانیه حالت کوانتومی خود را حفظ میکند.
این مدت، طولانیترین زمان پایداری است که تاکنون در آزمایشگاهها ثبت شده و تقریبا ۱۵ برابر بیشتر از کیوبیتهای مورد استفاده در پردازشگرهای تجاری است.
برای تأیید این پیشرفت، تیم پرینستون یک تراشه کوانتومی عملی با این طراحی ساخت و یکی از موانع اصلی تصحیح خطا و مقیاسپذیری سیستمهای کوانتومی را برطرف کرد.
گفتنی است این کیوبیت از معماری مشابه با سیستمهای گوگل و IBM بهره میبرد و با طراحیهای فعلی پردازشگرها سازگار است.
هاک معتقد است اگر بخشهایی از پردازشگر ویلو گوگل با این کیوبیتهای جدید جایگزین شود، کارایی آن ۱۰۰۰ برابر افزایش مییابد.
او تأکید میکند که مزایای این طراحی با افزایش تعداد کیوبیتها، بهطور نمایی رشد میکند و تأثیر آن در سیستمهای بزرگتر بسیار چشمگیرتر خواهد بود.
یکی از بزرگترین چالشهای پیش روی رایانههای کوانتومی، کوتاهی زمان پایداری کیوبیتهاست. کیوبیتها معمولاً پیش از اتمام محاسبات، اطلاعات خود را از دست میدهند.
افزایش زمان همفازی (coherence time)، یعنی مدت زمانی که کیوبیت میتواند حالت کوانتومی خود را حفظ کند، یکی از ضرورتهای اساسی برای پیشرفت این فناوری است. پیشرفت پرینستون، بزرگترین جهش در زمان همفازی طی ده سال گذشته محسوب میشود.
اکثر گروههای پژوهشی در سراسر جهان، رویکردهای مختلفی برای طراحی کیوبیتها آزمایش میکنند، اما تیم پرینستون بر روی کیوبیت ترانسمون تمرکز کرده است.
این نوع کیوبیت، که توسط گوگل و IBM نیز استفاده میشود، بر پایه مدارهای ابررسانا کار میکند و در دماهای بسیار پایین فعالیت میکند. ترانسمونها در برابر نویز محیطی مقاومت خوبی دارند و با فرآیندهای تولید کنونی سازگارند. با این حال، افزایش زمان همفازی آنها همواره چالشی بزرگ بوده است.
شایان ذکر است تیم پرینستون با دو تغییر اساسی در طراحی کیوبیت، به این موفقیت دست یافت. نخست، از فلز تانتالیم استفاده کردند که به مدارهای حساس کمک میکند انرژی را بهتر حفظ کنند. دوم، بستر سنتی یاقوت کبود را با سیلیسیم باکیفیت جایگزین کردند.
سیلیسیم، ماده استاندارد صنعت نیمهرساناها است و امکان تولید انبوه را فراهم میآورد. البته، رشد مستقیم تانتالیم روی سیلیسیم با چالشهای فنی همراه بود، اما پژوهشگران توانستد این موانع را پشت سر بگذارند و پتانسیل واقعی این ترکیب را آزاد کنند.
ناتالی دِ لئون، همکار هاک و مدیر مشترک پروژه، میگوید: «کیوبیت تانتالیم-سیلیسیم ما نه تنها از نظر عملکرد برتری دارد، بلکه تولید انبوه آن نیز آسانتر است.» او این دستاورد را «پیشروی در مرزهای دانش» توصیف میکند.
پروفسور هاک میگوید قدرت یک رایانه کوانتومی به دو عامل بستگی دارد: تعداد کیوبیتها و تعداد عملیات قابل انجام توسط هر کیوبیت پیش از بروز خطا. بهبود کیفیت کیوبیتها، هر دو عامل را ارتقا میدهد.
کیوبیتهای با عمر طولانیتر، دو مانع اصلی صنعت را برطرف میکنند: مقیاسپذیری و تصحیح خطا.
گفتنی است منبع اصلی خطا در کیوبیتها، اتلاف انرژی است. عیوب ریز و پنهان در سطح فلز، انرژی را به دام میاندازند و باعث میشوند کیوبیت به سرعت انرژی خود را از دست دهد. تانتالیم، نسبت به فلزات رایج مانند آلومینیوم، عیوب کمتری دارد و در نتیجه، خطاهای کمتری ایجاد میکند.
مجله خبری mydtc
