طراحی یک پردازنده کوانتومی ماژولار، دقتی در حدود ۹۹٪ را نشان می‌دهد و راه را برای محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر هموار می‌کند .
وجه اشتراک بلوک‌های ساختمانی کودکان و محاسبات کوانتومی چیست؟ پاسخ، ماژولار بودن است.
ساخت یک کامپیوتر کوانتومی به عنوان یک دستگاه واحد و یکپارچه بسیار دشوار است. این ماشین‌ها به دستکاری میلیون‌ها کیوبیت، واحدهای اساسی اطلاعات کوانتومی، وابسته هستند، اما گردآوری چنین اعداد عظیمی در یک سیستم، چالش بزرگی است.
راه حل؟ یافتن روش‌های ماژولار برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی. همانطور که آجرهای اسباب‌بازی به هم متصل می‌شوند تا طرح‌های بزرگتر و پیچیده‌تری را تشکیل دهند، محققان می‌توانند ماژول‌های کوچکتر و با کیفیتی بسازند و سپس آنها را به هم متصل کنند تا یک سیستم کوانتومی کامل تشکیل دهند.
بر اساس این اصل، تیمی از کالج مهندسی گرینجر در دانشگاه ایلینوی اوربانا-شمپین، روشی بهبود یافته برای محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر معرفی کرده‌اند. آنها یک طراحی ماژولار با کارایی بالا برای پردازنده‌های کوانتومی ابررسانا ارائه داده‌اند که نشان می‌دهد چگونه چنین معماری می‌تواند هم به کارایی و هم به سازگاری دست یابد. نتایج آنها که در مجله Nature Electronics منتشر شده است ، رویکردهای قبلی را پیش می‌برد و به ایجاد پلتفرم‌های محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر، مقاوم در برابر خطا و قابل پیکربندی مجدد نزدیک‌تر می‌شود.
مزایا نسبت به طرح‌های یکپارچه
کامپیوترهای کوانتومی ابررسانا که به عنوان سیستم‌های واحد و یکپارچه ساخته می‌شوند، با محدودیت‌هایی در اندازه و دقت (معیاری که تعیین می‌کند عملیات منطقی تا چه حد قابل اعتماد می‌توانند انجام شوند) مواجه هستند. مقدار دقت یک نشان‌دهنده دقت کامل است، بنابراین محققان تلاش می‌کنند تا حد امکان به سطوحی نزدیک به این معیار برسند. برخلاف این طرح‌های یکپارچه محدودکننده، معماری‌های ماژولار مقیاس‌پذیری بیشتر، بهبودهای سخت‌افزاری آسان‌تر و انعطاف‌پذیری در برابر ناسازگاری‌ها را ارائه می‌دهند و آنها را به مسیری امیدوارکننده‌تر برای ساخت شبکه‌های کوانتومی تبدیل می‌کنند.
باندهای جانبی سریع بین کیوبیت و گذرگاه جداشدنی با ضریب اطمینان بالا
ولفگانگ فاف، استادیار فیزیک و نویسنده ارشد مقاله، گفت: «ما یک روش مهندسی-پسند برای دستیابی به ماژولاریتی با کیوبیت‌های ابررسانا ایجاد کرده‌ایم. آیا می‌توانم سیستمی بسازم که بتوانم آن را کنار هم قرار دهم و به من اجازه دهد دو کیوبیت را به طور مشترک دستکاری کنم تا بین آنها درهم‌تنیدگی یا عملیات گیت ایجاد کنم؟ آیا می‌توانیم این کار را با کیفیت بسیار بالایی انجام دهیم؟ و آیا می‌توانیم آن را به گونه‌ای داشته باشیم که بتوانیم آن را از هم جدا کرده و دوباره سرهم کنیم؟ معمولاً فقط پس از سرهم کردن متوجه می‌شویم که مشکلی پیش آمده است. بنابراین واقعاً دوست داریم که بعداً بتوانیم سیستم را دوباره پیکربندی کنیم.»
اتصالات با دقت بالا
تیم فاف با ساخت سیستمی که در آن دو دستگاه با کابل‌های کواکسیال ابررسانا به هم متصل شده‌اند تا کیوبیت‌ها را در ماژول‌ها پیوند دهند، حدود ۹۹٪ دقت گیت SWAP را نشان داد که نشان‌دهنده کمتر از ۱٪ تلفات است. توانایی آنها در اتصال و پیکربندی مجدد دستگاه‌های جداگانه با یک کابل ضمن حفظ کیفیت بالا، بینش جدیدی را در زمینه طراحی پروتکل‌های ارتباطی ارائه می‌دهد.
پفاف گفت: «یافتن رویکردی که در حوزه ما مؤثر باشد، مدتی طول کشیده است. بسیاری از گروه‌ها دریافته‌اند که آنچه ما واقعاً می‌خواهیم، این توانایی است که چیزهای بزرگتر و بزرگتر را از طریق کابل‌ها به هم بچسبانیم و در عین حال به اعدادی برسیم که برای توجیه مقیاس‌بندی به اندازه کافی خوب باشند. مشکل فقط یافتن ترکیب مناسب ابزارها بود.»
مهندسان گرینجر در ادامه تمرکز خود را بر روی مقیاس‌پذیری معطوف خواهند کرد و تلاش خواهند کرد تا بیش از دو دستگاه را به هم متصل کنند و در عین حال امکان بررسی خطاها را نیز حفظ کنند.
پفاف گفت: «ما عملکرد خوبی داریم. حالا باید آن را آزمایش کنیم و ببینیم آیا واقعاً رو به جلو است؟ آیا واقعاً منطقی است؟»
کامپیوتر کوانتومی جدید؛ قطعاتی که همچون لگو به هم می‌پیوندند
نظر شما