شرکت IBM به دقت ۹۹ درصدی در انتقال اطلاعات کوانتومی میان تراشه‌ها دست یافت

شرکت IBM با اتصال دو تراشه ۱۲۰ کیوبیتی، موفق شد اطلاعات کوانتومی را با دقت ۹۹ درصد انتقال دهد و گام مهمی در توسعه کامپیوترهای کوانتومی بردارد.

به گزارش سرویس لپ تاپ و کامپیوتر تک‌ناک، کامپیوترهای کوانتومی اولیه هم‌اکنون وجود دارند، اما بهره‌برداری کامل از ظرفیت آنها به افزایش مقیاس و بهبود پایداری این سیستم‌ها نیاز دارد. پژوهشگران IBM با آزمایش فناوری جدیدی برای اتصال تراشه‌های کوانتومی، پیشرفت مهمی در این زمینه به دست آورده‌اند.

این دستاورد به اتصال‌دهنده‌های دوربرد موسوم به L-coupler مربوط می‌شود که امکان انتقال اطلاعات کوانتومی میان پردازنده‌های مختلف را فراهم می‌کنند. برخلاف بیت‌های معمولی که تنها یکی از دو مقدار صفر یا یک را دارند، کیوبیت‌ها می‌توانند پیش از اندازه‌گیری در برهم‌نهی حالت‌های صفر و یک قرار بگیرند.

پژوهشگران معتقد هستند اتصال چندین تراشه کوانتومی به یکدیگر، راهکاری عملی‌تر از افزایش مداوم تعداد کیوبیت‌ها روی یک تراشه است. با وجود این‌، انتقال اطلاعات کوانتومی در فاصله‌های نسبتا طولانی، به دلیل حساسیت بالای حالت‌های کوانتومی، چالش‌های فنی فراوانی دارد.

نحوه انتقال اطلاعات کوانتومی توسط IBM

پژوهشگران IBM در آزمایش جدید خود، دو تراشه ۱۲۰ کیوبیتی را با استفاده از چهار اتصال‌دهنده دوربرد ساخته‌شده از آلومینیوم ابررسانا به یکدیگر متصل کردند. طول این اتصال‌دهنده‌ها به ۸۰ سانتی‌متر می‌رسید که در مقیاس سیستم‌های کوانتومی فاصله قابل توجهی محسوب می‌شود.

نتایج آزمایش نشان داد که میانگین دقت انتقال اطلاعات کوانتومی به ۹۹ درصد رسیده و بیشترین دقت ثبت‌شده برابر با ۹۹٫۲۹ درصد بوده است. این موفقیت، امکان ایجاد ارتباط چندکاناله میان پردازنده‌های کوانتومی بزرگ را نشان می‌دهد.

اهمیت این دستاورد در آن است که کامپیوترهای کوانتومی آینده احتمالا از چندین پردازنده مجزا تشکیل خواهند شد. چنین ساختاری به اتصال‌دهنده‌هایی نیاز دارد که بتوانند اطلاعات حساس کوانتومی را با کمترین میزان خطا میان تراشه‌ها انتقال دهند.

پژوهشگران در مقاله خود توضیح داده‌اند که پیچیدگی پردازنده‌ها و تعداد ماژول‌های کامپیوترهای کوانتومی در سال‌های آینده به میزان چشمگیری افزایش خواهد یافت. به همین دلیل، این سیستم‌ها به تعداد زیادی اتصال تقریبا یکسان میان ماژول‌های مختلف نیاز خواهند داشت.

همچنین آزمایش IBM نشان داد که اتصال‌دهنده‌های جدید هنگام فعالیت، انرژی بسیار کمی از دست می‌دهند. این تجهیزات پس از سه چرخه گرم شدن و سرد شدن همچنان عملکرد خود را حفظ کردند.

یکی دیگر از نتایج مهم آزمایش، انتقال موفق درهم‌تنیدگی کوانتومی میان دو تراشه بود. درهم‌تنیدگی پدیده‌ای است که در آن حالت‌های کوانتومی دو یا چند کیوبیت به یکدیگر وابسته می‌شوند و نقش مهمی در پردازش اطلاعات کوانتومی دارد.

پژوهشگران اعلام کرده‌اند که این آزمایش در انتقال اطلاعات کوانتومی، نخستین نمایش عملی اتصال کوانتومی چندکاناله میان پردازنده‌های ابررسانای دارای تعداد زیادی کیوبیت محسوب می‌شود.

ساخت کامپیوتر کوانتومی مقاوم در برابر خطا

شرکت IBM توسعه معماری ماژولار را به یکی از اولویت‌های اصلی خود در حوزه محاسبات کوانتومی تبدیل کرده است. این معماری به‌جای اتکا به یک پردازنده بسیار بزرگ، چندین تراشه کوانتومی را به یکدیگر متصل می‌کند.

اتصال‌دهنده‌ها و کیوبیت‌های آزمایش‌شده قرار است در سیستم‌های سرمایشی پیشرفته‌ای نصب شوند که IBM در ماه اوت معرفی کرد. این تجهیزات شبیه یخچال‌های صنعتی هستند و دمای بسیار پایین مورد نیاز برای فعالیت پردازنده‌های کوانتومی را فراهم می‌کنند.

کیوبیت‌های ابررسانا برای حفظ حالت‌های کوانتومی خود به محیطی فوق‌العاده سرد نیاز دارند. شرکت IBM اعلام کرده است که سیستم‌های سرمایشی آنها می‌توانند دماهایی حدود ۱۸۰ برابر سردتر از فضای عمیق ایجاد کنند.

هدف نهایی شرکت، اتصال صدها تراشه کوانتومی در این تجهیزات و ساخت نخستین کامپیوتر کوانتومی مقاوم در برابر خطا تا سال ۲۰۲۹ است. چنین کامپیوتری باید بتواند خطاهای ایجادشده هنگام محاسبات را شناسایی و اصلاح کند.

جی گامبتا (Jay Gambetta)، مدیر بخش تحقیقات IBM که مستقیما در پژوهش جدید مشارکت نداشته است، اتصال موفق ماژول‌های سرمایشی را جهشی مهم در مسیر دستیابی به این هدف توصیف کرده است.

او معتقد است که این پیشرفت در کنار نوآوری‌های مستمر در سخت‌افزار، نرم‌افزار و الگوریتم‌های کوانتومی، روند توسعه کامپیوترهای کوانتومی پیشرفته را سرعت خواهد بخشید.

چالش‌ها برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی بزرگ

با وجود نتایج امیدوارکننده، اتصال‌دهنده‌های جدید IBM هنوز برای استفاده گسترده در کامپیوترهای کوانتومی آماده نیستند. پژوهشگران در جریان آزمایش، تداخل‌های مغناطیسی را شناسایی کردند که بر کیفیت سیگنال‌های انتقالی تأثیر می‌گذاشت.

این مسئله نشان می‌دهد که دستیابی به دقت بالا در شرایط آزمایشگاهی، تنها یکی از مراحل توسعه سیستم‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر است. پژوهشگران باید بهره‌وری اتصال‌دهنده‌ها را بهبود دهند و تأثیر عوامل محیطی بر عملکرد آنها را کاهش دهند.

همچنین توسعه کامپیوترهای کوانتومی به حل چالش‌های دیگری مانند اصلاح خطا، افزایش سرعت محاسبات، انتقال پایدار اطلاعات و طراحی سخت‌افزارهای قابل استفاده نیاز دارد.

با وجود این‌، نتایج آزمایش جدید نشان می‌دهد که اتصال چندین پردازنده کوانتومی بزرگ از طریق مسیرهای مستقل امکان‌پذیر است. این قابلیت می‌تواند یکی از زیرساخت‌های اصلی کامپیوترهای کوانتومی ماژولار آینده باشد.

پژوهشگران در جمع‌بندی مقاله خود تأکید کرده‌اند که چهار اتصال‌دهنده دوربرد با دقت بالا، مسیری عملی برای توسعه ارتباطات کوانتومی مقیاس‌پذیر فراهم می‌کنند.

این پژوهش هنوز مراحل داوری علمی را پشت سر نگذاشته است، اما نسخه اولیه مقاله در پایگاه علمی arXiv منتشر شده و جزئیات فنی آزمایش در دسترس پژوهشگران قرار گرفته است.