محبوبه عمیدی: چند ماه قبل، تیم تحقیقاتی «مؤسسه ملی استاندارد و فناوری» ایالات متحده موفق به طراحی رایانه‌ای کوانتومی شد که توان پردازشی‌ای برابر دو بیت کوانتومی یا به اختصار دو کیوبیت داشت. هر کیوبیت می‌تواند اطلاعات بیشتری را نسبت به بیت‌های صفر و یک تعریف‌شده در رایانه‌های کنونی در حافظه خود نگهداری کند، این یعنی یک رایانه کوانتومی کارایی به مراتب بالاتری نسبت به رایانه‌های کنونی در انجام بعضی محاسبات، مانند کشف رمز داده‌ها خواهد داشت.
به گزارش نیوساینتیست، در این دستگاه هم مانند رایانه‌های امروزی، توالی‌هایی متشکل از دروازه‌های منطقی و پردازش اطلاعات را به عهده خواهند داشت، تنها تفاوت این است که در یک رایانه کوانتومی، دروازه‌ها از منطق کوانتومی تبعیت می‌کنند یا به عبارت دیگر، دروازه‌ها برای کیوبیت‌ها طراحی شده‌اند.
دیوید هانکه از اعضای این گروه می‌گوید: «به عنوان مثال، یک دروازه کوانتومی می‌تواند یک کیوبیت ساده منفرد را به شکلی دست‌کاری کند که امکان تبدیل صفر به یک و برعکس در آن وجود داشته باشد. بنابراین، دست‌یابی به یک سیستم دودویی که می‌تواند دو حالت مجزا داشته باشد، امکان‌پذیر است. البته بر خلاف دروازه‌های منطقی فیزیکی در کامپیوترهای امروزی، دروازه‌های منطقی کوانتومی در این رایانه به وسیله پالس‌های لیزر رمز‌گذاری شده‌اند».
فوت و فن منطقی
در این رایانه تجربی از یون‌های بریلیوم برای نگهداری کیوبیت‌ها در اسپینی استفاده می‌شودکه هنگام برخورد پالس لیزر با آنها ایجاد شده است، به این روش می‌توان از کیوبیت‌ها برای انجام عملیات ساده منطقی استفاده کرد. این گروه برای ایجاد دروازه‌های منطقی کوانتومی، مجموعه‌هایی از پالس لیزر را طراحی کرده که می‌توانند یون‌های بریلیوم را برای پردازش اطلاعات، دست‌کاری کنند. پرتوی دیگری از لیزر هم می‌تواند نتایج محاسبات را بخواند.
هانکه می‌گوید: «زمانی که به ما ثابت شد می‌توانیم با موفقیت، مؤلفه‌های بسیاری را به این شکل با هم ترکیب کنیم، می‌بایست به این پرسش پاسخ می‌دادیم که چه استفاده‌ای می‌توانیم از این امکان ببریم؟ تئوری محاسبات کوانتومی پاسخ این پرسش بود. یکی از جالب توجه‌ترین نتایجی که از مطالعه فیزیک کوانتوم و اطلاعات مربوط به آن در سال‌های اخیر به دست آمد، این بود که می‌شود یک عملیات کوانتومی را روی هر تعداد کیوبیت تنها با استفاده از یک دروازه منطقی تک‌کیوبیتی یا جفت‌کیوبیتی به انجام رساند».
گرچه پیش از این دروازه‌های یک و جفت کیوبیتی ابداع شده‌اند و از آنها برای ایجاد الگوریتم‌های خاص استفاده می‌شود، این اولین بارست که گروهی به فکر ساخت دستگاهی افتاده که قابلیت استفاده از همه توانایی‌های شناخته شده جریان کوانتومی را داشته باشد.
بی‌نهایت محاسبه
قلب این دستگاه از یک ویفر آلومینیومی تشکیل‌شده که به وسیله رگه‌های باریکی از طلا طرحدار شده است، این قسمت شامل یک تله الکترومغناطیسی بسیار‌کوچک به ابعاد حدود 200 میکرومتر است که دو یون منیزیوم و دو یون برلیوم روی آن تعبیه شده است. نقش یون‌های منیزیوم، سرد کردن محیط و جلوگیری از ارتعاشات ناخواسته زنجیره یونی و در نتیجه حفظ این دستگاه در شرایط پایدار است .
زمانی که از دروازه منطقی دو کیوبیتی برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کنیم، با بی‌نهایت عملیات ممکن مواجه خواهیم بود؛ به همین دلیل این گروه 160 عملیات را به صورت تصادفی انتخاب کرد تا در صورت موفقیت آنها را تعمیم دهد. هر عملیات شامل عبور 31 پالس لیزر مجزا با رمز‌گذاری متفاوت و برخورد آنها با هر دوی کیوبیت‌ها بود. بسیاری از این برنامه‌ها برای استفاده از دروازه‌های منطقی یک کیوبیتی تعریف‌شده بودند و تنها نیاز بود که پالس‌های لیزر با یکی از کیوبیت‌ها برخورد کنند، عده اندکی هم می‌بایست از دروازه‌های دو کیوبیتی عبور کنند و در نهایت به جفت کیوبیت‌ها برخورد کنند.
گروه با کنترل ولتاژ در الکترودهای طلایی که تله الکترومغناطیسی را محاصره کرده بودند، امکان جداسازی یون‌ها هنگام نیاز به دروازه تک‌کیوبیتی و اتصال مجدد آنها هنگام عملیات با استفاده از دروازه جفت‌کیوبیتی را فراهم می‌کرد.
هنوز نقص‌هایی وجود دارد
این گروه، هر یک از 160 برنامه را 900 بار تکرار کرد تا امکان مقایسه نتایج با پیش‌بینی‌های تئوری و میزان صحت و دقت عملیات را به شکل عملی بررسی کند.
عملیات با دقت 79 درصد انجام شد و این چیزی نبود که قانع‌کننده باشد. ، هانکه می‌گوید: «هر دروازه دقتی بالای 90 درصد دارد، اما هنگامی که از دروازه‌های متعددی استفاده می‌شود، نتیجه نهایی چیزی حدود 79 درصد برای کل عملیات محاسباتی انجام شده است».
این کاهش دقت دلیل دیگری هم دارد. شدت پالس‌های لیزر که در این عملیات مورد استفاده قرار می‌گیرند، ثابت نیست و اندکی متغیر دارد. هانکه می‌گوید: «این پالس‌ها مانند کلیدهای خاموش و روشن عمل نمی‌کنند، آنها طیفی از اندازه‌های گوناگون را شامل می‌شوند. علاوه بر این پرتوی لیزر باید جایی شکافته شود، برگردد و به اشکال متفاوتی اتم‌ها را دست‌کاری کند. همه این عوامل می‌توانند احتمال خطا را بالا ببرند».
این چنین خطاهایی می‌تواند نتیجه محاسبات گسترده‌تر را بیش از این هم تحت‌الشعاع قرار بدهد. ما برای اعتماد به نتیجه محاسبات رایانه‌های کوانتومی به دقت حدود 99/99 درصد احتیاج داریم. می‌توان با بالا بردن ثبات پرتوهای لیزر و استفاده از سخت‌افزار نوری به مراتب بهتر از قبل، به دقت مورد نظر دست پیدا کرد.
اگر دست‌یابی به چنین سطحی از دقت مقدور شود، تراشه‌های جدید می‌توانند جزء باارزشی از پردازنده‌های کوانتومی باشند. هانکه می‌گوید: «اگر نیاز به انجام عملیات محاسباتی ساده‌ای دارید که باید بارها و بارها تکرار شود، می‌توانید بخش کوچکی از پردازنده کوانتومی را به آن اختصاص دهید. اما در عین حال به بخش‌های دیگری هم نیاز خواهید داشت تا این ابزار تمام توان محاسباتیش را به شما نشان دهد».
نظر شما