دانشمندان برای نخستین‌بار کامپیوتر کوانتومی ماژولار به نام Aurora را راه‌اندازی کرده‌اند که با استفاده از فوتون‌ها، پردازش اطلاعات را انجام می‌دهد و قابلیت اتصال به شبکه را دارد.
به گزارش تکناک، این فناوری کامپیوتر کوانتومی جدید که در دمای اتاق کار می‌کند، نخستین کامپیوتر کوانتومی فوتونی در جهان معرفی شده است که با چندین ماژول متصل‌شده از طریق کابل‌های فیبر نوری کار می‌کند و چالش‌های کلیدی محاسبات کوانتومی، از جمله مقیاس‌پذیری، تحمل خطا و اصلاح خطا را برطرف می‌سازد.
فهرست مطالب
پیشرفت تاریخی در محاسبات کوانتومی
محاسبات کوانتومی یکی از حوزه‌های کلیدی فناوری آینده است، که می‌تواند توان پردازشی فوق‌العاده‌ای را در اختیار صنایع مختلف، از جمله هوش مصنوعی، داروسازی، امنیت سایبری و مدل‌سازی پیچیده سیستم‌ها قرار دهد. با وجود این، یکی از چالش‌های اساسی این فناوری، نیاز به محیط‌هایی با دمای نزدیک به صفر مطلق (۲۷۳- درجه‌ی سلسیوس) برای عملکرد پایدار کیوبیت‌های ابررسانا است. این محدودیت باعث پیچیدگی در توسعه و گسترش کامپیوترهای کوانتومی شده است.
اکنون، Aurora این موانع را کنار زده و با بهره‌گیری از فناوری فوتونیک کوانتومی، امکان ساخت کامپیوترهای کوانتومی را فراهم کرده است، که نه‌تنها در دمای اتاق کار می‌کنند، بلکه از طریق ماژول‌های مجزا و متصل‌شده با فیبر نوری، قابلیت مقیاس‌پذیری بالایی دارند. به گفته Xanadu، شرکت توسعه‌دهنده این سیستم، Aurora می‌تواند مقدمه‌ای برای ایجاد مراکز داده کوانتومی باشد که نسبت به سیستم‌های کنونی، عملکرد دقیق‌تر و نرخ خطای کمتری دارند.
تحول در عملکرد و مقیاس‌پذیری کامپیوترهای کوانتومی
فناوری‌های کوانتومی پیش از این وابسته به پردازش اطلاعات از طریق کیوبیت‌های ابررسانا بودند، که از سیگنال‌های مایکروویو برای پردازش داده‌ها استفاده می‌کنند. اما این روش مشکلاتی را به همراه دارد. سیگنال‌های مایکروویو گرمای زیادی تولید می‌کنند، که می‌تواند به سخت‌افزار آسیب بزند. علاوه بر این، سیستم‌های خنک‌کننده‌ای که برای دستیابی به دماهای نزدیک به صفر مطلق استفاده می‌شوند، بسیار پیچیده و پرهزینه هستند و دسترسی به سامانه‌های کوانتومی را دشوار می‌کنند.
این مشکلات با استفاده از Aurora برطرف شده‌اند. این کامپیوتر کوانتومی جدید به‌جای استفاده از کیوبیت‌های ابررسانا، از فوتون‌ها برای پردازش داده‌ها بهره می‌برد. فناوری فوتونیک کوانتومی این امکان را فراهم می‌کند که داده‌ها بدون نیاز به سرمایش شدید پردازش شوند و در عین حال، سرعت و دقت بالا حفظ شود.
Christian Weedbrook، بنیان‌گذار و مدیرعامل Xanadu، در این باره گفت:
«دو چالش کلیدی که صنعت محاسبات کوانتومی همچنان با آن مواجه است، بهبود عملکرد از طریق اصلاح خطا و افزایش تحمل‌پذیری، همچنین امکان مقیاس‌پذیری از طریق شبکه‌سازی است.»
امکان توسعه مراکز داده کوانتومی پیشرفته
با توسعه Aurora، مسیر برای ایجاد مراکز داده کوانتومی که در دمای اتاق و در بستر شبکه فعالیت می‌کنند، هموار شده است. پژوهشگران معتقد هستند که این فناوری می‌تواند انقلابی در پردازش داده‌ها ایجاد کند و باعث افزایش کارایی در صنایع مختلف شود. مراکز داده کوانتومی که با استفاده از فناوری فوتونیک کوانتومی ساخته می‌شوند، می‌توانند جایگزین مراکز داده متعارف شوند و بهره‌وری بیشتری در پردازش اطلاعات داشته باشند.
نتایج این تحقیق که ۲۲ ژانویه در ژورنال Nature منتشر شد، نشان می‌دهد که این دستاورد می‌تواند مسیری تازه برای توسعه سیستم‌های پردازش داده باز کند و محاسبات کوانتومی را به سطحی جدید برساند.
پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند که با پیشرفت‌های آینده در این حوزه، محاسبات کوانتومی بتواند در حوزه‌های گسترده‌تری از جمله امنیت سایبری، شبیه‌سازی مولکولی و توسعه الگوریتم‌های هوش مصنوعی نقش مهمی ایفا کند.
شبکه‌های رایانش کوانتومی مبتنی بر نور
محققان Aurora معتقد هستند که تقسیم کامپیوترهای کوانتومی به اجزای کوچک‌تر و کم‌خطاتر، امکان بهبود تصحیح خطای کوانتومی را از طریق ارتباط میان این واحدها فراهم می‌کند.
دارن میلن، دکترای نظریه اطلاعات کوانتومی و مدیرعامل شرکت فناوری VividQ که در این پروژه مشارکتی نداشته است، با اشاره به چالش‌های موجود در این حوزه بیان کرد: «تحمل‌پذیری در برابر خطا و یافتن راه‌هایی برای تصحیح آنها پیش از وقوع، همچنان مانعی اساسی در مسیر اجرای محاسبات کوانتومی مفید به حساب می‌آید.»
او در گفت‌وگو با Live Science توضیح داد:
«به‌جای تلاش برای اجرای محاسبات روی یک کامپیوتر کوانتومی بزرگ، به نظر می‌رسد که محققان [Xanadu] به دنبال تقسیم آن به سیستم‌های کوچک‌تر و ساده‌تری هستند، که به احتمال زیاد تصحیح خطای آنها به‌صورت جداگانه آسان‌تر خواهد بود. با وجود این، هنوز مشخص نیست که این رویکرد، مشکل را کاهش می‌دهد یا باعث افزایش تعداد خطاها می‌شود.»
این سیستم از فناوری‌های X8 (سخت‌افزار رایانش کوانتومی) و Borealis (کامپیوتر کوانتومی تک‌سیستمی) بهره می‌برد و شامل ۳۵ تراشه فوتونی است، که از طریق ۱۳ کیلومتر کابل فیبر نوری به یکدیگر متصل شده‌اند.
محققان در بیانیه‌ای تأکید کرده‌اند:
«فوتونیک، طبیعی‌ترین و کارآمدترین راهکار برای انجام محاسبات و ایجاد شبکه است. این سیستم را در تئوری می‌توان تا هزاران رک سرور و میلیون‌ها کیوبیت گسترش داد.»
از جمله کاربردهای بالقوه کامپیوتر کوانتومی فوتونی Aurora می‌توان به شبیه‌سازی مولکولی و پیش‌بینی نتایج احتمالی آزمایش‌های دارویی اشاره کرد؛ قابلیتی که می‌تواند نیاز به آزمایش‌های بالینی طولانی‌مدت را برطرف کند. علاوه بر این، کامپیوترهای کوانتومی فوتونی می‌توانند زمینه‌ساز ظهور ارتباطات کاملاً امن و رمزگذاری‌شده تحت عنوان رمزنگاری کوانتومی شوند.
محققان Xanadu در مرحله بعدی بر کاهش افت سیگنال‌های فیبر نوری ناشی از تلفات اپتیکی تمرکز خواهند کرد.
