گامی بلند در جهت ساخت پردازنده‌ها‌ی کوانتومی

کد خبر: ۳۸۶۸۱۰

تاریخ: ۱۵ دی ۱۳۹۶ - ۱۳:۴۸

با وجود سرعت بسیار بالا در ارتباطات و انتقال اطلاعات، پردازنده‌ها‌ی کوانتومی، بسیار فرا‌تر خواهند رفت و عصر جدیدی در پردازش اطلاعات به‌وجود خواهند آورد.

تکنولوژی‌ها‌ی کوانتومی جدید، برای ایجاد تحول در نحوه‌ی پردازش داده‌ها طراحی شده‌اند. برای مثال، اتم‌ها، مدار‌ها‌ی ابررسانا‌ی کوانتومی و فوتون‌ها، عناصر اصلی سازنده‌ی پردازنده‌ها‌ی کوانتومی آینده هستند. در سال‌ها‌ی اخیر، مشخص شده است که هیچ یک از این عناصر سازنده‌ی کوانتومی، تمامی انتظارات از قبیل دریافت، ذخیره، انتقال و پردازش سیگنال‌ها‌ی کوانتومی را برآورده نمی‌کنند.

یک گروه تحقیقاتی به رهبری پروفسور جوزف فورتک، رینهلد کلینر و دایتر کوله از دانشکده‌ی فیزیک دانشگاه توبینگن، توانستند اتم‌ها‌یی را که به طریق مغناطیسی ذخیره شده‌اند، روی یک تراشه‌ی حاوی تشدید‌گر میکروویو ابررسانا قرار دهند.

ترکیب این دو عنصر، قدم مهمی در ساخت سیستم‌ها‌ی اتمی و ابررسانا‌ی کوانتومی است. این دستاورد، در آینده باعث پیشرفت بیش‌تر پردازنده‌ها و شبکه‌ها‌ی کوانتومی خواهد بود. این پژوهش، در آخرین نسخه‌ی Nature Communications منتشر شده است.

فورتک می‌گوید:

حالت‌ها‌ی کوانتومی، قابلیت به‌روزرسانی الگو‌ها‌ی قدیمی در بسیاری از زمینه‌ها را دارند. ارتباطات کوانتومی، امکان انتقال داده‌ها بدون هیچ‌گونه سرقت و هک را فراهم می‌کنند. سنسور‌ها‌ی کوانتومی، دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌ها را روی داده‌ها انجام می‌دهند. برای به‌ کار گرفتن این تکنولوژی‌ها در زندگی روزانه، باید ابزارهای سخت‌افزاری خود را ارتقاء دهیم.

ابزارهای سخت‌افزاری جدید به‌جای به‌ کار گرفتن سیگنال‌ها‌ی قدیمی که از طریق صفر و یک به دیجیتال تبدیل می‌شدند، باید بتوانند حالت‌ها‌ی در‌هم تنیده‌ی کوانتومی پیچیده را پردازش کنند. فورتک در این خصوص چنین توضیح می‌دهد:

تنها به‌وسیله‌ی ترکیب تمامی عناصر کوانتومی می‌توانیم به بیش‌ترین بهره از عملکرد سیستم‌ها برسیم. در این صورت، محاسبات را می‌توان توسط مدار‌ها‌ی ابررسانا، بسیار سریع‌تر از گذشته انجام داد. با این حال، ذخیره‌سازی با مقیاس زمانی کوتاه امکان‌پذیر است.

اتم‌های طبیعی قرار داده‌شده‌ روی سطح یک تراشه، به دلیل برهم‌کنش بسیار کمی که با محیط اطراف خود دارند، برای ذخیره‌سازی کوانتومی اطلاعات و گسیل فوتون به‌منظور انتقال اطلاعات، بسیار مناسب هستند. به دلایل گفته‌شده، پژوهشگران در آخرین پژوهش خود دو عنصر کوانتومی را برای دستیابی به یک سیستم چندگانه، ترکیب کردند. سیستم کوانتومی چندگانه، کوچک‌ترین عناصر الکترونیکی کوانتومی و طبیعی جهان (اتم‌ها) را با مدار‌ها‌ی مصنوعی یعنی همان تشدیدگرهای میکروویو ابررسانا ترکیب می‌کند. دکتر هلج هترمن می‌گوید:

ما از عملکرد و ویژگی‌ها‌ی مثبت هر دو عنصر استفاده می‌کنیم. ترکیب دو عنصر کوانتومی متفاوت، امکان ساخت یک پردازنده‌ی کوانتومی واقعی حاوی شبکه‌ها‌ی کوانتومی ابررسانا، ذخیره‌سازی اتمی کوانتومی و کیوبیت‌های (qubit) فوتونی را به ما می‌دهد. کیوبیت‌ شبیه به بیت‌ در سیستم‌ها‌ی رایانه‌ای معمولی است. در حقیقت، کیوبیت‌ها، کوچک‌ترین واحد سیگنال‌ها‌ی کوانتومی هستند.

سیستم چند‌گانه‌ی کوانتومی جدید، در آینده به‌صورت موازی با تکنولوژی امروز کار خواهد‌ کرد. اگر به ابزار‌ها‌ی سخت‌افزاری رایانه‌ی خود نگاه کنید، خواهید دید که محاسبات به وسیله‌ی مدار‌ها‌ی میکروالکترونیک انجام می‌شوند، اطلاعات به‌وسیله‌ی ابزار‌ها‌ی مغناطیسی ذخیره و از طریق کابل‌ها‌ی اپتیکی و اینترنت به سیستم شما منتقل می‌شوند.