محققان مایکروسافت از دستیابی به یک موفقیت بزرگ خبر داده‌اند که ساخت اولین کیوبیت های توپولوژیکی مایکروسافت در دستگاهی که اطلاعات را در حالتی غیرمعمول از ماده ذخیره می‌کند. این دستاورد می‌تواند نقطه عطفی در مسیر توسعه محاسبات کوانتومی باشد.
همزمان با این اعلام، محققان مایکروسافت مقاله‌ای را در مجله معتبر نیچر منتشر کرده و نقشه راهی برای ادامه تحقیقات خود ارائه کرده‌اند. هدف نهایی، طراحی پردازنده Majorana 1 با ظرفیت یک میلیون کیوبیت است. چنین پردازنده‌ای می‌تواند برای تحقق بسیاری از اهداف مهم محاسبات کوانتومی، مانند شکستن کدهای رمزنگاری و طراحی سریع‌تر داروها و مواد جدید، کافی باشد.
جزئیات و چالش‌های متعدد کیوبیت های توپولوژیکی مایکروسافت
اگر ادعاهای مایکروسافت به واقعیت بپیوندد، این شرکت می‌تواند از رقبایی مانند IBM و گوگل که در حال حاضر پیشروان این حوزه به نظر می‌رسند، پیشی بگیرد. با این حال، مقاله منتشر شده در نیچر تنها بخشی از ادعاهای محققان را تأیید می‌کند و نقشه راه ارائه شده نیز شامل چالش‌های متعددی است که باید بر آنها غلبه کرد.
در حالی که بیانیه مطبوعاتی مایکروسافت از سخت‌افزاری انقلابی در محاسبات کوانتومی خبر می‌دهد، هنوز هیچ تأیید مستقل و جامعی در مورد عملکرد واقعی این دستگاه وجود ندارد. با این وجود، اخبار منتشر شده بسیار امیدوارکننده است.
احتمالا در این مرحله سوالاتی در ذهن شما ایجاد شده است: کیوبیت توپولوژیکی چیست؟ اصلا کیوبیت به چه معناست؟ و چرا دانشمندان در تلاش برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی هستند؟
چالش‌های ساخت بیت‌های کوانتومی
ایده ساخت کامپیوترهای کوانتومی برای اولین بار در دهه ۱۹۸۰ مطرح شد. در حالی که کامپیوترهای معمولی اطلاعات را در بیت‌ها ذخیره می‌کنند، کامپیوترهای کوانتومی از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها برای این منظور استفاده می‌کنند.
یک بیت معمولی می‌تواند مقادیر ۰ یا ۱ را داشته باشد، اما یک کیوبیت (به لطف قوانین مکانیک کوانتومی که بر ذرات بسیار کوچک حاکم است) می‌تواند ترکیبی از هر دو مقدار را به طور همزمان داشته باشد. اگر یک بیت معمولی را به عنوان فلشی تصور کنید که می‌تواند به سمت بالا یا پایین اشاره کند، کیوبیت فلشی است که می‌تواند به هر جهتی اشاره کند.
این ویژگی به کامپیوترهای کوانتومی امکان می‌دهد تا انواع خاصی از محاسبات را بسیار سریع‌تر از کامپیوترهای معمولی انجام دهند، به ویژه محاسباتی که مربوط به شکستن کدها و شبیه‌سازی سیستم‌های طبیعی هستند.
اما ساخت کیوبیت‌های واقعی و انتقال اطلاعات به داخل و خارج از آنها بسیار دشوار است، زیرا تعامل با دنیای خارج می‌تواند حالت‌های کوانتومی ظریف درون آنها را از بین ببرد. محققان روش‌های مختلفی را برای ساخت کیوبیت‌ها امتحان کرده‌اند، از جمله استفاده از اتم‌های محبوس شده در میدان‌های الکتریکی یا گرداب‌های جریان در ابررساناها.
سیم‌های ریز و ذرات عجیب و غریب
مایکروسافت رویکرد متفاوتی را برای ساخت کیوبیت‌های توپولوژیکی خود در پیش گرفته است. آنها از ذرات مایورانا استفاده کرده‌اند که اولین بار در سال ۱۹۳۷ توسط فیزیکدان ایتالیایی اتوره مایورانا پیش‌بینی شد.
مایوراناها ذرات معمولی مانند الکترون یا پروتون نیستند. آنها فقط در نوع نادری از مواد به نام ابررسانای توپولوژیکی وجود دارند (که طراحی مواد پیشرفته و خنک‌سازی تا دماهای بسیار پایین را می‌طلبد). در واقع، ذرات مایورانا آنقدر عجیب و غریب هستند که معمولا فقط در دانشگاه‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرند و کاربرد عملی چندانی ندارند.
تیم مایکروسافت می‌گوید که از یک جفت سیم کوچک استفاده کرده‌اند که در هر کدام یک ذره مایورانا در دو انتها به دام افتاده است تا به عنوان کیوبیت عمل کنند. آنها مقدار کیوبیت را با استفاده از امواج مایکروویو اندازه‌گیری می‌کنند.
تکه‌های بافته شده
دلیل تلاش‌های گسترده مایکروسافت این است که با تغییر موقعیت ذرات مایورانا (یا اندازه‌گیری آنها به روشی خاص)، می‌توان آنها را بافت کرد تا بدون خطا اندازه‌گیری شوند و در برابر تداخل خارجی مقاوم باشند. در تئوری، یک کامپیوتر کوانتومی ساخته شده با استفاده از ذرات مایورانا می‌تواند کاملاً عاری از خطاهای کیوبیت باشد که سایر طرح‌ها را آزار می‌دهد.
به همین دلیل است که مایکروسافت چنین رویکرد پر زحمتی را انتخاب کرده است. سایر فناوری‌ها بیشتر مستعد خطا هستند و صدها کیوبیت فیزیکی ممکن است لازم باشد با هم ترکیب شوند تا یک کیوبیت منطقی قابل اعتماد تولید شود.
مایکروسافت زمان و منابع خود را صرف توسعه کیوبیت‌های مبتنی بر Majorana کرده است. در حالی که آنها دیر به این عرصه وارد شده‌اند، امیدوارند بتوانند به سرعت عقب‌ماندگی را جبران کنند.
همیشه یک چالش وجود دارد
مثل همیشه، اگر چیزی بیش از حد خوب به نظر برسد که درست نباشد، یک مشکل وجود دارد. حتی برای یک کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر Majorana، مانند آنچه که توسط مایکروسافت اعلام شده است، یک عملیات معروف به T-gate بدون خطا قابل دستیابی نخواهد بود.
بنابراین تراشه کوانتومی مبتنی بر Majorana فقط تقریبا بدون خطا است. با این حال، تصحیح خطاهای T-gate بسیار ساده تر از تصحیح خطای عمومی سایر پلتفرم های کوانتومی است.
مایکروسافت قصد دارد با اجرای نقشه راه خود، مجموعه‌های بزرگتر و بزرگتری از کیوبیت‌ها را ایجاد کند. جامعه علمی از نزدیک عملکرد پردازنده‌های محاسباتی کوانتومی مایکروسافت و مقایسه آن با سایر پردازنده‌های موجود را بررسی خواهد کرد. همزمان، تحقیقات در مورد رفتار عجیب و غریب ذرات مایورانا در دانشگاه‌های سراسر جهان ادامه خواهد یافت.
__ تکنو دات مرجع اخبار تکنولوژی __
