شاید فناوری سنتی سیلیکون، دسترسی به کامپیوترهای کوانتومی را سرعت ببخشد

شاید فناوری سنتی سیلیکون، دسترسی به کامپیوترهای کوانتومی را سرعت ببخشد

محققان در پژوهشی تازه دریافتند که می‌توانند با فناوری سنتی سیلیکون، سریع‌تر به کامپیوترهای کوانتومی برسند.

پیش‌بینی می‌شود کامپیوتر‌های کوانتومی، موجب انقلابی در حل محاسبات کوانتومی پیچیده شوند، از خلق هوش مصنوعی پیشرفته گرفته تا شبیه سازی واکنش‌های شیمیایی به منظور ساخت نسل بعدی مواد یا داروها. اما در واقع ساخت چنین ماشین‌هایی بسیار دشوار است، زیرا اجزای عجیب و غریبی دارند که باید در محیط‌های بسیار کنترل شده نگهداری شوند. با این حال، دستگاه‌هایی که تاکنون داشته‌ایم هنوز نمی‌توانند از ماشین‌های سنتی فراتر روند.

اما گروهی از محققان انگلیسی و فرانسوی نشان داده‌اند که ساخت یک کامپیوتر کوانتومی از اجزای الکترونیکی معمولی بر پایه سیلیکون، امکان‌پذیر است. این روش می‌تواند مسیر تولید کامپیوتر‌های کوانتومی بزرگ‌مقیاس را زودتر از هر روش ممکن دیگری هموار کند.

قدرت برتر نظری کامپیوتر‌های کوانتومی ناشی از قوانین مقیاس نانو یا فیزیک کوانتومی است. برخلاف کامپیوتر‌های معمولی که اطلاعات را در بیت‌های دودویی (که فقط شامل «۰» یا «۱» هستند) ذخیره می‌کنند، کامپیوتر‌های کوانتومی از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها (qubits) که می‌توانند به طور همزمان در ترکیبی از حالات «۰» و «۱» باشند، استفاده می‌کنند. در واقع فیزیک کوانتومی به ذرات کوانتومی این امکان را می‌دهد که به طور همزمان در حالت‌ها یا مکان‌های مختلفی قرار بگیرند؛ پدیده‌ای که به نام برهم نهی کوانتومی شناخته می‌شود.

توسعه‌ی کامپیوتر كوانتومی هنوز در مراحل ابتدایی خود است و با اینکه چند فناوری سخت‌افزاری بدین منظور وجود دارد، اما هنوز هیچ‌یک بر این حوزه حکمفرما نشده‌اند. پیشرفته‌ترین نمونه‌های اولیه کامپیوتر‌های كوانتومی در حال حاضر از چند ده یون به دام افتاده در محفظه‌ی خلا یا مدارهای ابررسانایی که در دمای نزدیک صفر مطلق نگهداری شده‌اند، ساخته می‌شوند.

چالش حیاتی، مقیاس‌بندی این فناوری‌ها به سیستم‌های بزرگ کیوبیتی درهم تنیده است. سیستم‌هایی که قدرت محاسباتی کافی برای انجام کارهای مفید، سریع‌تر از ابرکامپیوترهای کلاسیکی را خواهند داشت. بدین منظور، شاید فناوری دیگری مناسب‌تر باشد. این فناوری به طرز حیرت‌انگیزی می‌تواند همانی باشد که در جامعه دیجیتالی امروز ما مورد استفاده قرار می‌گیرد: ترانزیستور سیلیکونی، واحد بنیادی اطلاعات که در ساخت تمام ریزپردازنده‌ها و تراشه‌های حافظه به کار می‌رود.

دو دلیل اصلی وجود دارد که چرا یک کامپیوتر کوانتومی ساخته شده از سیلیکون، می‌تواند توجه زیادی را به سمت خود جلب کند. اول، مینیاتوری شدن دستگاه‌های سیلیکونی بر پایه‌ی قانون مور، امکان تولید ترانزیستورهایی را فراهم کرده که فقط به اندازه‌ی چند ده اتم هستند؛ این مقیاسی است که قوانین فیزیک کوانتومی شروع به حکمرانی می‌کنند. این مقیاس، یک محدودیت فیزیکی را به وجود آورده که موجب شده هرگونه مینیاتوری کردن ترانزیستورهای سیلیکونی متوقف شود و همچنین سبب ارتقای کاربردهای جدید فناوری سیلیکونی شده است. مهمترین این کاربردها، امکان رمزگذاری یک بیت از اطلاعات در هر ترانزیستور سیلیکونی و سپس استفاده از آن‌ها برای ساخت کامپیوتر‌های کوانتومی بزرگ‌مقیاس است.

با استفاده‌ی مجدد از همان فناوری که طی ۶۰ سال گذشته در صنعت ریزتراشه به کار گرفته شده، می‌توانیم از سرمایه‌گذاری‌های زیرساختی چند میلیارد دلاری پیشین نیز استفاده کنیم و هزینه‌ها را کاهش دهیم. این بدان معنی است که مهندسی و پردازش هوشمندانه‌ای که در توسعه‌ی صنایع الکترونیکی مدرن به کار رفته بود، می‌تواند در ساخت پردازنده‌های کوانتومی قدرتمند نیز اتخاذ شود.

تراشه کوانتومی سیلیکونی

آزمایش‌هایی که اخیرا توسط گروهی بین‌المللی از دانشمندان انجام گردید و نتایج آن در مجله Nature Electronics منتشر شد، نشان می‌دهد که می‌توان پیوند بین الکترونیک کلاسیکی و کوانتومی را جشن گرفت. ما راه حل‌های مهندسی را از مدارهای معمولی سیلیکونی گرفتیم و از آ‌ن‌ها برای به‌هم پیوستن دستگاه‌های کوانتومی مختلف روی یک تراشه استفاده کردیم. با این کار، ما یک گام دیگر به عملی شدن پردازنده‌های کوانتومی نزدیک‌تر شدیم.

ما یک مدار کوانتومی ایجاد کرده‌ایم که در نزدیکی دمای صفر مطلق عمل می‌کند و تمام ترانزیستورهای تجاری را به کار می‌گیرد. برخی از این مدارها به قدری کوچک هستند که می‌توان از آن‌ها به عنوان کیوبیت استفاده کرد، در حالی که برخی از آن‌ها کمی بزرگتر هستند و می‌توانند برای اتصال به کیوبیت‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرند. معماری آن‌ها به طور چشمگیری شبیه نمونه‌ی حافظه دسترسی تصادفی (RAM) است که در لپ تاپ‌ها و تلفن‌های هوشمند امروزی استفاده می‌شود.

طی نیم قرن، کامپیوتر‌های معمولی از کابینت‌هایی در ابعاد اتاق و پر از لامپ‌های خلا، به دستگاه‌های مبتنی بر ریزتراشه‌ی امروزی، تکامل یافتند. هنوز مسیر طولانی در پیش داریم تا یک کامپیوتر کوانتومی جهانی قابل دسترسی شود، اما شاید تاریخ خودش را تکرار کند. پیشرفت پژوهش‌های فعلی نشان می‌دهد که ابتدا ممکن است پردازنده‌های کوانتومی اولیه با برخی فناوری‌های عجیب و غریب تحقق یابند. اما اکنون آموخته‌ایم که سیلیکون می‌تواند برای ارتباط موثر کیوبیت‌ها مورد استفاده قرار گیرد، شاید آینده‌ی کوانتومی بتواند از سیلیکون ساخته شود!
 


مشاهده مقاله اصلی در مجله
منبع: phys.org
كلمات كليدي :
کامپیوتر کوانتومی , ریزتراشه سیلیکونی
 
امتیاز دهی