آخرین اخبار
محققان برای اولین بار در دنیای کوانتومی توانستند دقت محاسبات دو کیوبیتی را در سیلیکون تعیین کنند

محققان برای اولین بار در دنیای کوانتومی توانستند دقت محاسبات دو کیوبیتی را در سیلیکون تعیین کنند

مهندسان موفق شده‌اند دقت اعمال دو کیوبیتی سیلیکون را برای اولین بار اندازه‌گیری کنند. نتایج آن‌ها امکان استفاده از سیلیکون را برای محاسبات کوانتومی تایید می‌کند.

محققان برای اولین بار توانستند تکرارپذیری که دقت عملیات منطقی دو کیوبیتی را در سیلیکون مشخص می‌کند، اندازه‌گیری کنند. نتایج آزمایش‌ها بسیار امیدوار کننده است، بطوری که نوید استفاده از کیوبیت سیلیکونی را در مقیاس‌های بزرگ‌تر و یک پردازنده‌ی کوانتومی می‌دهد. این تحقیق توسط گروه پروفسور اندرو زوراک (Andrew Dzurak) در دانشکده مهندسی UNSW استرالیا انجام شده و نتایج آن در مجله معتبر Nature نیز منتشر گردیده است. وی می‌گوید:
تمامی محاسبات کوانتومی می‌توانند با عملیات تک کیوبیتی و دو کیوبیتی انجام شوند. عملیاتی که اجزای سازنده‌ی محاسبات کوانتومی هستند. اگر شما به این اجزا دست یافتید، می‌توانید هر محاسبه‌ای را که خواستید، انجام دهید. اما دقت هر دو عملیات باید بسیار بالا باشد.
گروه تحقیقاتی زوراک، در سال 2015 اولین گروهی بودند که توانستند یک گیت منطقی کوانتومی را در سیلیکون بسازند که محاسبه بین دو کیوبیت از اطلاعات را ممکن می‌ساخت. در نتیجه، آن‌ها یک مانع مهم و بزرگ تحقق کامپیوترهای کوانتومی سیلیکونی را از میان برداشتند. بعد از اولین گیت منطقی کوانتومی سیلیکونی تیم زوراک، گروه‌های دیگری نیز در نقاط مختلف دنیا، گیت‌های دو کیوبیتی در سیلیکون را عرضه کرده‌اند، اما تا زمان انتشار این مقاله‌ی مهم، دقت چنین گیت‌های دو کیوبیتی، نامعلوم بود.

دقت، یک پارامتر حیاتی برای موفقیت کوانتومی

تکرارپذیری یک پارامتر حیاتی است که میزان قابل اعتماد بودن یک تکنولوژی کیوبیتی را مشخص می‌کند. فقط در صورتی که عملیات کیوبیت، بازدهی نزدیک به کامل داشته و دارای خطاهای بسیار کوچک باشد، می‌توانید به قدرت عظیم محاسبات کوانتومی اتکا کنید. دانشمندان در این پژوهش، آزمون تکرارپذیری مبتنی بر کلیفورد (Clifford) را پیاده‌سازی و اجرا کردند. این روش آزمون، تکنیکی است که می‌تواند دقت کیوبیت را در تمام زیرساخت های این فناوری ارزیابی کند. نتایج این بررسی نشان داد که میانگین تکرارپذیری گیت دو کیوبیتی، 98 درصد است. آقای هوآنگ، نویسنده‌ی ارشد مقاله می‌گوید:
ما با تشخیص و کم کردن منابع خطای اولیه، به چنین تکرارپذیری بالایی رسیدیم. بنابراین تکرارپذیری گیت تا نقطه‌ای بهبود یافت که یک سری آزمون‌های تصادفی با توالی زیاد (بیش از 50 عملیات گیت)، توانستند روی دستگاه دو کیوبیتی ما انجام شوند.
کامپیوترهای کوانتومی، به لطف انجام محاسبات پیچیده‌تر و همچنین سریع‌تر، کابردهای وسیع و مختلفی خواهند داشت؛ از جمله حل مسائلی که از توان کامپیوترهای امروزی خارج است. پروفسور زوراک می‌گوید:
البته برای اغلب کاربردهای کامپیوترهای کوانتومی، میلیون‌ها کیوبیت نیاز خواهد بود و شما مجبور خواهید بود خطاهای کوانتومی را اصلاح کنید، حتی اگر کوچک و ناچیز باشند. برای اینکه اصلاح خطاها امکان‌پذیر باشد، در وهله‌ی اول، خود کیوبیت‌ها باید بسیار دقیق باشند. بنابراین باید تکرارپذیری آن‌ها را ارزیابی کنیم. اگر کیوبیت‌های دقیق‌تری داشته باشیم، به تعداد کمتری از آن‌ها نیاز داریم. بنابراین زودتر می‌توانیم مهندسی و تولید یک کامپیوتر تمام کوانتومی را تحقق ببخشیم.

سیلیکون مسیر مورد تایید برای پیشبرد محاسبات کوانتومی

محققان می‌گویند این پژوهش، شاهد دیگری است که نشان می‌دهد سیلیکون، بستر مناسبی برای افزایش مقیاس تعداد زیادی از کیوبیت‌های مورد نیاز برای محاسبات کوانتومی جهانی است. با توجه با اینکه 60 سال است که سیلیکون در قلب صنعت جهانی کامپیوتر قرار دارد، ویژگی‌های آن به خوبی شناخته شده است. همچنین تجهیزات تولید تراشه‌ی سیلیکونی نیز می‌تواند به آسانی با فناوری جدید سازگار شود. پروفسور زوراک می‌گوید:
اگر تکرارپذیری دستگاه ما پایین می‌بود، بدان معنا بود که آینده‌ی محاسبات کوانتومی سیلیکونی با مشکلات جدی مواجه می‌بود، اما این حقیقت که تکرارپذیری دستگاه ما نزدیک به 99 درصد است،‌ نشان می‌دهد به چیزی که ما نیاز داریم، نزدیک است و چشم‌اندازهای بسیار روشنی برای بهبود و توسعه‌ی آن در آینده وجود دارد. نتایج ما نشان می‌دهند سیلیکون همانطور که انتظار داشتیم، بستر قابل اعتمادی برای محاسبات کوانتومی است. انتظار می‌رود که در آینده‌ای نزدیک به تکرارپذیری‌های بالاتر نیز برسیم که راه را برای محاسبات کاملا کوانتومی و مقاوم در برابر خطا باز خواهد کرد. ما اکنون در لبه‌ی دقت دو کیوبیتی قرار داریم که برای اصلاح خطای کوانتومی کافی است.
در مقاله‌ی دیگری که اخیرا در مجله‌ی Nature Electronics منتشر شد، همین گروه به رکورد دقیق‌ترین گیت یک کیوبیتی در یک نقطه‌ی کوانتومی سیلیکونی و با تکرارپذیری قابل توجه 99.96 درصد دست یافتند. پروفسور زوراک می‌گوید:
علاوه بر مزیت‌های کیوبیت های سیلیکونی، یک دلیل کلیدی موفقیت ما در رسیدن به چنین نتایج تاثیرگذاری، گروه فوق‌العاده‌ای است که ما در UNSW داریم. دانشجوی من، ویستر و دکتر یانگ بسیار با استعداد هستند. آن‌ها خودشان پروتکل‌های پیچیده‌ی لازم برای سنجش آزمایش‌ها را فهمیدند. این پیشرفت مهم، تکه‌ی دیگری از اثبات این ادعاست که این گروه پیشتاز در جهان، در حال تبدیل محاسبات کوانتومی از حوزه‌ی نظری به حوزه‌ی عملی هستند. محاسبات کوانتومی، مسابقه‌ی سرعت قرن است و سیدنی، پیشروی این مسابقه است. این پژوهش، گام دیگری بسوی تحقق یک کامپیوتر کوانتومی بزرگ‌مقیاس است. و همچنین به این حقیقت قوت می‌بخشد که سیلیکون رویکرد بسیار جذابی است که ما باور داریم آن را برای اولین بار در UNSW  تحقق خواهیم بخشید.
کیوبیت‌های اسپین مبتنی بر فناوری CMOS سیلیکون (روش مخصوصی که توسط گروه پروفسور زوراک توسعه یافته است)، به دلیل زمان همدوسی زیاد و همچنین پتانسیل آن‌ها برای استفاده از فناوری مدار مجتمع موجود به منظور تولید انبوه کیوبیت‌های مورد نیاز برای کاربردهای عملی، امیدهای بسیاری را برای محاسبات کوانتومی زنده می‌کنند. پروفسور زوراک می‌گوید:
نتایج اخیر، ما را به تجاری‌سازی این فناوری نزدیک می‌کند. گروه من، قصد ساخت یک تراشه‌ي کوانتومی را دارند که می‌تواند برای کاربردهای واقعی استفاده شود.
یک پردازنده‌ی کاملا کوانتومی می‌تواند کاربردهای مهمی در مباحث مالی، امنیت و بخش‌های بهداشتی داشته باشد؛ همچنین می‌تواند با سرعت بخشیدن به طراحی ترکیبات دارویی که به کمک کامپیوتر انجام می‌شود، به تشخیص و توسعه‌ی داروهای جدید کمک کند. چنین پردازنده‌ای می‌تواند به توسعه‌ی مواد جدید، سبک‌تر و مقاوم‌تر، از حوزه‌ي الکترونیک گرفته تا صنایع هوایی؛ و همچنین به جستجوی سریع اطلاعات در پایگاه‌های عظیم داده، کمک کند.
مشاهده مقاله اصلی در مجله
منبع: sciencedaily
كلمات كليدي :
کیوبیت سیلیکونی , کامپیوتر کوانتومی