ثبت یک حدنصاب جدید در محاسبات کوانتومی

یک تیم تحقیقاتی از مؤسسه علوم مولکولی ژاپن در حال حاضر پیشرفت بزرگی در محاسبات کوانتومی داشته است و آن را با کمک یک دریچه دو کیوبیتی انجام داده است.

به گزارش تک ناک، کیوبیت معادل کوانتومی یک بیت باینری است که یک واحد پایه از اطلاعات مورد استفاده در محاسبات است.
این تیم موفق شد سریعترین گیت دو کیوبیتی جهان را تنها در 6.5 نانوثانیه اجرا کند. در این فرآیند، محققان باید بر برخی از محدودیت‌های مرتبط با این نوع فناوری غلبه می‌کردند. با این حال، یک نکته وجود دارد و آن روشی که آنها استفاده کردند . این روش ممکن است برای تکرار در یک محیط خارج از آزمایشگاه دشوار باشد.
محاسبات کوانتومی هنوز تا حدودی ناشناخته است، اما ممکن است دروازه ای برای حل مشکلاتی باشد که رایانه های مدرن نمی توانند آن ها را حل کنند.

همچنین می تواند به طور بالقوه به وظایف محاسباتی با عملکرد بالا (HPC) سرعت ببخشد. در حالی که پتانسیل قطعا وجود دارد و غول‌های فناوری مانند آی‌بی‌ام و اینتل از آن بهره می‌برند، محدودیت‌ها نیز وجود دارد. به همین دلیل است که تیم‌های تحقیقاتی در سرتاسر جهان به کاوش در این موضوع ادامه می‌دهند.
تیمی از دانشمندان مؤسسه علوم مولکولی به رهبری دانشجوی فارغ التحصیل Yeelai Chew، استادیار Sylvain de Léséleuc و پروفسور Kenji Ohmori این تحقیق را انجام دادند و یافته های خود را در Nature Photonics منتشر کردند.
عملیات گیت دو کیوبیتی که آنها توانستند اجرا کنند گام اولیه اما مهمی است. Tom’s Hardware یکی از اولین مراکزی بود که پس از انتشار مقاله اولیه در Nature به صورت آنلاین جزئیات این فرآیند را شرح داد.

کیوبیت ها معادل کوانتومی بیت هایی هستند که همه ما در محاسبات روزمره با آنها آشنا هستیم. با این حال، کیوبیت ها دارای یک ویژگی هستند . آنها به مقدار یک یا صفر محدود نمی شوند. در عوض، آنها می توانند هم یک و هم صفر را نشان دهند. این کار آنها را بسیار کارآمدتر می کند و توانایی آنها را برای انجام کارهای پیچیده در یک بازه زمانی بسیار بسیار کوتاه تر را افزایش می دهد. متأسفانه کیوبیت‌ها به سرعت فرو می پاشند، به این معنی که دیگر نتایج دقیقی را باز گو نمیکنند.

یک عملیات گیت دو کیوبیتی نیاز به درهم تنیدگی کیوبیت ها دارد و این درهم تنیدگی تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار می گیرد که می توانند فروپاشی را تسریع کنند. مسئله فروپاشی را می‌توان به دو صورت بررسی کرد: عملیات باید بسیار سریع‌تر انجام شود، قبل از اینکه کیوبیت‌ها جدا شوند، یا اینکه درهم‌تنیدگی باید طولانی‌تر شود. تیم تحقیقاتی با اولین رویکرد، که تشدید عملیات گیت بود این کار را انجام دادند و در این فرآیند به یک رکورد جهانی دست یافتند.

محققان از لیزر برای خنک کردن شدید دو اتم کیوبیت ساخته شده از عنصر روبیدیم استفاده کردند. دما نزدیک به صفر مطلق می شود و تا 273.15- درجه سانتیگراد می رسد. سپس این اتم ها با استفاده از موچین های نوری در یک میکرومتر تثبیت شدند. تیم تحقیقاتی از یک لیزر برای دستکاری کیوبیت ها در فواصل 10 پیکوثانیه استفاده کردند. یک پیکوثانیه معادل یک تریلیونم ثانیه است.

از طریق مراحل فوق، محققان توانستند یک گیت کوانتومی را تنها در 6.5 نانوثانیه با موفقیت اجرا کنند و آن را به سریع‌ترین عملیات گیت دو کیوبیتی جهان تبدیل کنند. رکورد قبلی 15 نانوثانیه بود.

در حالی که این جهش به این معنی نیست که محاسبات کوانتومی به طور ناگهانی فراگیر می شود، به این معنی است که دانشمندان در حال برداشتن گام های بزرگ در این مسیر هستند. متأسفانه، تکرار این نوع فناوری در تنظیمات HPC، جایی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، ممکن است دشوار باشد.

کیوبیت‌های اتم روبیدیوم که توسط محققان برای اجرای این دروازه کیوبیت فوق سریع استفاده شد، باید نزدیک به صفر مطلق خنک شوند تا بتوانند کار کنند. انجام این کار می تواند در موارد خاص امکان پذیر باشد، اما به طور واقع بینانه، اکثر سازمان ها تا زمانی که انجام آن آسان تر شود، به راه حل متفاوتی روی می آورند. از سوی دیگر، حتی اگر این فناوری روزی مورد استفاده قرار نگیرد، این تحقیق مهم است زیرا دانشمندان همچنان به تلاش برای تعیین اینکه آینده محاسبات دقیقاً کجاست ادامه میدهند