اولین رایانه کوانتومی قابل‌حمل مبتنی بر الماس معرفی شد

استارتاپ آلمانی Saxon Q از نخستین رایانه کوانتومی قابل‌حمل مبتنی بر الماس رونمایی کرده است؛ سیستمی که در دمای معمولی محیط کار می‌کند و برخلاف بسیاری از رایانه‌های کوانتومی، برای فعالیت به سامانه‌های پیچیده خنک‌کننده نیاز ندارد. این دستگاه درون یک رک استاندارد سرور قرار می‌گیرد و مستقیماً از برق متناوب شهری تغذیه می‌شود.

دانلود خلاصه قسمت دوم سریال مرد سه‌هزار چهره

پیکربندی فعلی این رایانه از حداکثر ۱۲۸ کیوبیت پشتیبانی می‌کند. Saxon Q اعلام کرده است که مدل‌های ۵۱۲ کیوبیتی را سال آینده عرضه خواهد کرد و در برنامه بلندمدت خود، دستیابی به سامانه‌هایی با بیش از ۱۰ هزار کیوبیت پس از سال ۲۰۳۰ را هدف قرار داده است.

الماس‌های مصنوعی جایگزین سامانه‌های سرمایش برودتی

این رایانه از نقص‌های ساختاری موجود در الماس‌های مصنوعی بهره می‌برد. در این ساختار، اتم‌های نیتروژن در کنار فضاهای خالی شبکه بلوری قرار می‌گیرند و همین نقص‌ها به‌عنوان کیوبیت، واحد بنیادی اطلاعات کوانتومی، عمل می‌کنند.

دانشمندان با استفاده از لیزر و پالس‌های مایکروویو این کیوبیت‌ها را کنترل می‌کنند. به همین دلیل، این سامانه قادر است حالت‌های کوانتومی بسیار گسترده‌تری نسبت به حالت‌های دودویی رایانه‌های متداول، یعنی صفر و یک، نمایش دهد.

اگرچه فناوری مبتنی بر نقص‌های نیتروژن سال‌هاست شناخته شده، اما ساخت سامانه‌های پایدار با بیش از ۱۰ کیوبیت همچنان چالش‌برانگیز است. دلیل اصلی این موضوع، دشواری ایجاد نقص‌های قابل‌اعتماد در مقیاس بزرگ عنوان می‌شود.

به گفته Saxon Q، نقطه عطف این فناوری زمانی رقم خورد که در فرایند ساخت، گوگرد نیز در کنار نیتروژن وارد ساختار الماس شد. این روش علاوه بر افزایش پایداری نقص‌ها، امکان کنترل دقیق‌تر کیوبیت‌های منفرد را نیز برای مهندسان فراهم کرده است.

ماریوس گروندمن، استاد فیزیک تجربی دانشگاه لایپزیگ و از بنیان‌گذاران Saxon Q، دراین‌باره گفت:

نکته اصلی فناوری همین است. گوگرد پتانسیل شیمیایی را تا نقطه‌ای بالا می‌برد که بار آن منفی می‌شود. گوگرد الکترون مورد نیاز را تأمین می‌کند و در عین حال باعث می‌شود جای خالی با بازده بسیار بالایی به اتم نیتروژن متصل شود.

این شرکت اعلام کرده است که فرایند تولید جدید باعث شده کیوبیت‌ها پیش از اجرای فرایند تصحیح خطا به وفاداری ۹۹.۹۲ درصد دست پیدا کنند؛ رقمی که به معنای کمتر از یک خطا در هر هزار عملیات است.

Saxon Q بعدها این اطلاعات را به‌روزرسانی کرد و اعلام نمود اندازه‌گیری‌های جدید، میزان وفاداری یک کیوبیت منفرد را به ۹۹.۹۸ درصد رسانده است. البته این نتایج هنوز از سوی منابع مستقل تأیید نشده‌اند.

در حال حاضر، سخت‌افزار این شرکت در قالب سامانه‌های رک‌مونت عرضه می‌شود و از حداکثر ۱۲۸ کیوبیت پشتیبانی می‌کند. مدل‌های ۵۱۲ کیوبیتی برای سال آینده برنامه‌ریزی شده‌اند و هدف دستیابی به بیش از ۱۰ هزار کیوبیت نیز همچنان برای پس از سال ۲۰۳۰ دنبال می‌شود.

استقرار آسان؛ مزیتی مهم در کنار چالش مقیاس‌پذیری

برخلاف بسیاری از رایانه‌های کوانتومی که به تجهیزات سرمایش برودتی و زیرساخت‌های گسترده نیاز دارند، Saxon Q می‌گوید سخت‌افزار این شرکت می‌تواند مستقیماً در مراکز رایانشی متعارف مستقر شود و به تأسیسات اختصاصی خنک‌کننده احتیاجی نداشته باشد.

ماریوس گروندمن در این‌باره گفت:

ما یک رایانه کوانتومی کاملاً عملیاتی داریم. این رایانه می‌تواند کدهای کوانتومی را اجرا کند و از طریق شبکه در دسترس قرار بگیرد. همچنین یک سامانه چندکاربره، چندوظیفه‌ای و چندهسته‌ای است.

به اعتقاد Saxon Q، استقرار چنین سامانه‌هایی در محل استفاده می‌تواند وابستگی به خدمات کوانتومی مبتنی بر فضای ابری را کاهش دهد. این موضوع به‌ویژه در حوزه‌هایی مانند رباتیک و خودروهای خودران اهمیت دارد؛ زیرا کاهش تأخیر ارتباطی می‌تواند برای برخی کاربردها مزیت قابل‌توجهی ایجاد کند.

با این حال، پژوهشگران تأکید می‌کنند که مقایسه مستقیم سامانه‌های مبتنی بر نقص نیتروژن با رایانه‌های کوانتومی ابررسانا ساده نیست؛ چراکه این دو فناوری از نظر معماری و ویژگی‌های عملیاتی تفاوت‌های اساسی دارند.

مطالعات موجود نشان می‌دهد سامانه‌های ابررسانا معمولاً از نظر سرعت پردازش عملکرد بهتری دارند. با این حال، برتری نهایی هر فناوری به نوع کاربرد بستگی دارد و هنوز مشخص نیست ترکیب سرعت پردازش، تأخیر خدمات ابری و امکان استقرار محلی، در سناریوهای مختلف چه نتایجی به همراه خواهد داشت.

یکی دیگر از چالش‌های مهم این فناوری، افزایش تراکم کیوبیت‌ها روی تراشه است. سامانه‌های فعلی تنها از ۸ یا ۱۶ کیوبیت روی هر تراشه پشتیبانی می‌کنند و افزایش این تعداد همچنان یکی از موانع اصلی توسعه این فناوری به شمار می‌رود.

کاربردهای آینده ممکن است به صدها هزار یا حتی میلیون‌ها کیوبیت متصل به یکدیگر نیاز داشته باشند؛ کیوبیت‌هایی که باید در آرایه‌های کوانتومی بسیار بزرگ‌تر و پیچیده‌تر فعالیت کنند.